碱激发偏高岭土—矿渣复合胶凝材料体积稳定性研究

碱激发胶凝材料及混凝土研究进展一、本文概述随着全球对可持续发展和环境保护的日益关注，建筑材料行业也在寻求更加环保、高效的解决方案。

碱激发胶凝材料作为一种新型绿色建筑材料，以其低能耗、低排放、高性能等特点，逐渐受到国内外研究者的广泛关注。

本文旨在综述碱激发胶凝材料及其混凝土的研究进展，以期为相关领域的研究者提供有价值的参考，并推动碱激发胶凝材料在建筑工程中的广泛应用。

文章首先介绍了碱激发胶凝材料的基本概念、特点及其发展历程，阐述了其在建筑材料领域的应用前景。

随后，重点分析了碱激发胶凝材料的制备工艺、性能优化及其混凝土的应用研究，包括材料的力学性能、耐久性、环保性等方面的研究成果。

文章还探讨了碱激发胶凝材料在实际工程中的应用案例及其优缺点，以期为其在实际工程中的推广应用提供借鉴。

通过对碱激发胶凝材料及其混凝土研究进展的梳理和总结，本文旨在为相关领域的研究者提供全面、深入的了解，为碱激发胶凝材料的进一步研究和应用提供有益的参考。

本文也期望能够激发更多的研究者关注碱激发胶凝材料这一绿色建筑材料，共同推动其在建筑工程中的广泛应用，为实现可持续发展和环境保护做出贡献。

二、碱激发胶凝材料的发展历程碱激发胶凝材料，作为一种新兴的建筑材料，其发展历程经历了从理论探索到实践应用，再到技术成熟的过程。

早在20世纪初，科学家们就开始对碱激发胶凝材料的可能性进行初步的探索和研究，当时主要集中在其基本的化学反应和性能特点上。

然而，由于当时的技术水平和认识深度有限，碱激发胶凝材料并未得到广泛的应用。

随着科技的进步和研究的深入，进入21世纪后，碱激发胶凝材料的研究取得了显著的突破。

在这一阶段，研究者们开始关注其在土木工程、建筑材料等领域的应用潜力，并进行了一系列系统的研究。

这些研究不仅深入探讨了碱激发胶凝材料的制备工艺、性能优化等关键问题，还逐步揭示了其在提高材料强度、改善耐久性等方面的独特优势。

近年来，随着全球对可持续发展和绿色建筑的日益关注，碱激发胶凝材料因其环保、节能的特性受到了广泛关注。

试验研究文章编号:1009-9441(2010)03-0001-03碱激发矿渣胶凝材料的试验研究杨 猛1,孙小巍2,李文学3 (1.辽宁省建筑材料监督检验院,辽宁沈阳 110032;2.沈阳建筑大学,辽宁沈阳 110168;3.辽阳市工程质量监督站,辽宁辽阳 111200)摘 要:通过变换碱种类、碱掺量、水玻璃模数,研究了矿渣粉在碱的作用下的强度发展规律,并对这类碱激发材料的性能进行了试验与分析。

结果表明,碱掺量增加,凝结时间越短;水胶比越小,凝结时间越短。

采用水玻璃比用N aOH的凝结时间短,水玻璃对矿渣的激发效果要优于N aOH的激发效果,模数为1.2的水玻璃当掺量达到8%时强度达到最大值。

胶砂强度随N a OH掺量的增加而增加,N aOH掺量达到10%时强度达到最大值。

关键词:胶凝材料;矿渣;碱激发中图分类号:TU528.062;TU528.04 文献标识码:A 引言硅酸盐水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料,其用量之大,使之成为人类使用量最大的人工材料。

然而,硅酸盐水泥本身存在着固有的不足。

一方面是能源与资源消耗大,污染大。

我国的水泥生产每年要消耗近1亿t煤,用电近600亿k W h,同时还要消耗近4亿t石灰石和大量黏土,对这些不可再生的矿物资源的持续性大量消耗,将对人类社会产生重大的影响。

另一方面,在熟料的煅烧过程中,因石灰石分解和燃料燃烧释放出大量的CO2,以及SO2、NO x等有毒气体,导致了严重的环境污染,尤其是巨大的CO2排放量在不断加剧地球的温室效应。

因此,研究胶凝材料制备的新原理,加强工业废渣的利用研究,是一项既具有科学意义,又具有实际意义的工作。

碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一种无机非金属胶凝材料,其抗压和抗折强度、抗酸碱侵蚀性、抗冻融性、抗碳化性能等均优于普通硅酸盐水泥。

另外,碱激发胶凝材料制备工艺简单、不需要高温煅烧、能耗低、成本低、市场广,又免除了大量有害废气的排放,是21世纪极具发展潜力的一种胶凝材料。

第42卷第2期2021年4月Vol.42No.2Apr.2021 Journal of C eramicsDOI:ki.tcxb.2021.02.013古陶瓷修复用碱激发偏高岭土基胶凝聚合材料的制备及性能李其江，王宪旅，袁枫，张茂林，吴隽(景德镇陶瓷大学古陶瓷研究中心，江西景德镇333001)摘要：以修复要求最高的白瓷胎体为修复目标，选用超白高岭土为铝硅酸盐原料，钠水玻璃及NaOH为复合激发剂，制备出了可用于古陶瓷修复的碱激发偏高岭土基胶凝聚合材料，探讨了高岭土锻烧温度、激发剂模数、激发剂用量及水用量对其抗弯强度与抗水解性能的影响。

对最优样品的白度、透光度、粘结瓷胎强度及收缩率与石膏作了对比分析，并采用采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射分析了其结构特征。

结果表明，聚合反应生成的是纳米级小球状的硅铝胶凝聚合物，没有晶体及类晶体生成；制备出的最优样品抗弯强度可达10.72MPa,抗水解性能最优，对其制备影响最大的因素是高岭土的活化温度及水的用量；最优样品粘结瓷质胎体和陶质胎体的强度分别是石膏的31.71倍和5.29倍；白度和透光度与石膏相近，但膨胀系数大于石膏。

本研究工作拓宽了碱激发胶凝聚合材料的应用领域，对于古陶瓷的修复研究具有重要的意义。

关键词：古陶瓷；修复；碱激发；无机胶凝材料；高岭土中图分类号：K876.3文献标志码：A文章编号：1000-2278(2021)02-0325-08 Preparation and Properties of A lkali-activated Gelling Polymerwith Metakaolin for Ancient Ceramic RestorationLIQijiang,WANGXianlv,YUANFeng,ZHANG Maolin,WUJun(Research Center of Ancient Ceramic,Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen333001,Jiangxi,China)Abstract:Aiming at the highest repair requirements for white porcelain body,ultra white kaolin was selected as the raw material of aluminosilicate,while sodium silicate and NaOH were used as the composite activators,alkali-activated gelling polymer materials that can be used for the repair of ancient ceramics have been prepared.The eilects of calcination temperature,activator modulus,dosage of activator and water consumption on flexural strength and hydrolysis resistance of the samples were studied and discussed.Whiteness,transmittance,flexural strength of the bonded white ceramic body and shrinkage of the optimized samples were compared with those of gypsum,with their structural characteristics to be analyzed by using SEM and XRD.It was demonstrated that the nano spherical silica alumina gel polymer was formed through polymerization,without the presence of crystal or quasi crystal.Specifically,the optimized sample reached a flexural strength of10.72MPa and the highest hydrolysis resistance.The activation temperature of kaolin and water consumption had the stgrongest influence on the performance of the materials.The strengths of the porcelain body and pottery were31.71times and 5.29times of gypsum,respectively.The whiteness and light transmittance of the optimal samples were similar to those of gypsum,but their expansion coefficient was higher than that of gypsum.This work broadened the application field of alkali-activated gelled polymer,which is of great significance to the restoration of ancient ceramics.Key words:ancient ceramic;restoration;alkali-activated;inorganic gelling materials;Kaolin0引言中国作为世界上唯一一个具有连续上万年陶收稿日期：2020-12—16。

第42卷第8期2023年8月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.8August,2023碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的碱骨料反应机理研究罗㊀哲1,黄敦文1,2,彭㊀晖1(1.长沙理工大学土木工程学院,长沙㊀410114;2.南方地区桥梁长期性能提升技术国家地方联合工程实验室,长沙㊀410114)摘要:碱激发胶凝材料是一种新型低碳材料,其液相环境的碱度普遍高于水泥基材料,势必导致碱骨料反应引起的体积变形不同于水泥基材料㊂为探究碱激发胶凝材料的碱骨料反应行为与液相碱度的关系,选取花岗岩为代表性骨料制备碱激发偏高岭土-矿渣砂浆,研究在不同浓度NaOH 溶液浸泡下的砂浆变形行为㊂结合微观分析表明,碱激发胶凝材料的体积收缩能很好地抑制碱骨料反应产生的膨胀,不同浸泡条件下碱激发偏高岭土-矿渣砂浆会呈现不同的变形行为㊂碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的膨胀是由碱骨料反应生成产物以及原类沸石结构的水化硅铝酸钠凝胶向沸石结构转化所造成的㊂当碱激发胶凝材料的孔溶液氢氧根离子浓度大于0.209mol /L 时,碱骨料反应会发生㊂关键词:碱激发胶凝材料;碱骨料反应;偏高岭土;矿渣;变形行为;液相碱度;微观结构中图分类号:TQ177㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)08-2830-07Alkali-Aggregate Reaction Mechanism of Alkali-Activated Metakaolin-Slag MortarLUO Zhe 1,HUANG Dunwen 1,2,PENG Hui 1(1.School of Civil Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha 410114,China;2.National-Local Joint Engineering Laboratory of Technology for Long-Term Performance Enhancement of Bridges in Southern District,Changsha 410114,China)Abstract :Alkali-activated cementitious material is a new type of low-carbon material.The pore solution of alkali-activated cementitious materials generally has more alkalinity than cement-based materials,inevitably leading to the different volume deformation caused by alkali-aggregate reaction.Granite was selected as a representative aggregate to prepare alkali-activated metakaolin-slag mortar for exploring the relationship between the alkalinity of pore solution and alkali-aggregate reaction.The deformation behaviors of mortar immersed in the NaOH solution with different concentrations were studied.According to the microstructure analysis,it is shown that the volume shrinkage of alkali-activated cementitious materials can effectively suppress the expansion caused by alkali-aggregate reaction.Under different soaking conditions,the alkali-activated metakaolin-slag mortar exhibits different deformation behaviors.The expansion behavior of alkali-activated metakaolin-slag mortar is caused by the alkali-aggregate reaction products and the transformation from a zeolite-like structure sodium silicaluminate hydrate gel to a zeolite structure gel.Alkali-aggregate reaction would occur when the hydroxyl ion concentration in the pore solution of alkali-activated cementitious materials is greater than 0.209mol /L.Key words :alkali-activated cementitious material;alkali-aggregate reaction;metakaolin;slag;deformation behavior;alkalinity in pore solution;microstructure 收稿日期:2023-04-08;修订日期:2023-06-01基金项目:国家自然科学基金(51878068,52008036);湖南省自然科学基金(2021JJ40581);湖南省教育厅优秀青年项目(22B0344);交通基础设施安全风险管理交通运输行业重点实验室(长沙)开放基金(22KF02)作者简介:罗㊀哲(1998 ),男,硕士研究生㊂主要从事碱激发胶凝材料耐久性能的研究㊂E-mail:2593853824@通信作者:黄敦文,博士,讲师㊂E-mail:dw.huang@彭㊀晖,博士,教授㊂E-mail:huipeng@0㊀引㊀言碱激发胶凝材料因能以矿渣㊁粉煤灰㊁煤矸石等富含硅㊁铝元素的工业副产品为原料[1],而可实现固废㊀第8期罗㊀哲等:碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的碱骨料反应机理研究2831资源化利用,具有低碳环保的特点[2-3]㊂碱骨料反应是硅酸盐水泥混凝土的主要耐久性问题之一㊂Rivard 等[4]发现水泥混凝土发生碱骨料反应的孔溶液氢氧根离子浓度通常大于0.205~0.335mol/L㊂一般情况下,水泥基材料液相pH值范围通常在11~13,而碱激发胶凝材料由于需使用水玻璃㊁氢氧化钠等强碱激发剂促使原料溶解并发生聚合反应,其液相pH值高达13~14[5]㊂碱激发胶凝材料较高碱度的液相环境或可诱发不同于水泥基材料的碱骨料反应㊂至今尚未明确碱激发胶凝材料中碱骨料反应发生的碱度条件以及不同碱度对碱激发胶凝材料体积变形所造成的影响㊂有研究[6-8]指出碱激发胶凝材料聚合反应过程发生的体积收缩可大幅掩盖碱骨料反应造成的膨胀㊂然而该类研究均忽略了碱骨料反应加速试验中早期高温水浴养护条件与试验浸泡溶液的碱性对骨料反应及产物生成的影响㊂Shi等[9]的研究显示,随着液相碱度的提高,碱激发矿渣砂浆发生的膨胀会增大㊂刘永道等[10]发现高温碱环境会使碱激发粉煤灰-偏高岭土的水化硅铝酸钠(N-A-S-H)凝胶转变为沸石结构,会造成体积增长㊂碱激发偏高岭土-矿渣胶凝材料是原料性能较为稳定的碱激发胶凝材料㊂本文以碱激发偏高岭土-矿渣胶凝材料为代表,利用三种不同碱性浸泡液调整碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的液相碱度,观测碱激发偏高岭土-矿渣砂浆浸泡前后的微观形貌与体积变形,同时测试材料孔溶液的碱度,分析碱骨料反应发生的碱度范围,为碱激发胶凝材料碱骨料反应的碱度判定及其膨胀行为分析提供试验支持㊂1㊀实㊀验1.1㊀原料及试件设计原料选用偏高岭土(metakaolin,MK)㊁粒化高炉矿渣(ground granulated blast furnace slag,GGBFS)和标号425的普通硅酸盐水泥(ordinary Portland cement,OPC)㊂偏高岭土为内蒙古KAOPOZZ系列高活性偏高岭土,由高岭土在700ħ煅烧24h得到㊂矿渣为华新湘钢水泥公司的粒化高炉矿渣,属于高活性酸性矿渣㊂骨料采用花岗岩,其级配如表1所示㊂胶凝材料和骨料的化学成分如表2所示㊂偏高岭土和矿渣的粒径分布与XRD谱见图1,其中偏高岭土和矿渣的中值粒径分别为2㊁20μm㊂表1㊀骨料级配尺寸Table1㊀Grading size of aggregateSize/mm0.15~<0.300.30~<0.600.60~<1.20 1.20~<2.50 2.50~<5.00 Content/%1525252510表2㊀胶凝材料和骨料的化学成分Table2㊀Chemical composition of cementing materials and aggregateMaterial Mass fraction/%SiO2Al2O3CaO Fe2O3K2O MgO Other OPC19.12 5.1557.06 4.230.68 1.5212.24 MK50.2846.230.150.450.05 2.84 GGBFS30.3515.0737.080.310.43 6.2810.48 Aggregate57.3813.63 1.85 4.690.8421.61采用工业水玻璃㊁固体氢氧化钠和去离子水制备模数1.2㊁浓度35%(激发剂SiO2和Na2O的质量占溶液总质量的比值)的激发剂[11]㊂所用水玻璃的模数为3.28,SiO2和Na2O的质量分数分别为26.54%和8.35%㊂配制的碱激发剂使用磁子搅拌器搅拌8h,然后按表3配比混合原料㊁制作试件㊂将试件标准养护24h后脱模,并放入80ħ养护箱中控制湿度55%养护24h,并设计80ħ持续水浴养护空白组,以探讨水浴养护对加速试验变形行为的影响㊂2832㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图1㊀偏高岭土和矿渣的粒径分布与XRD谱Fig.1㊀Particle size distribution and XRD patterns of MK and GGBFS表3㊀材料的配比设计Table3㊀Mix proportion design of materialMaterial Mass/gCement MK GGBFS NaOH Na2SiO3Water Aggregate Cement paste400.000000200.000Cement mortar400.000000200.00900.00 Alkali-activated mortar0280.00120.0061.33345.2873.39900.001.2㊀测试方法1.2.1㊀碱激发胶凝材料中的骨料碱活性测试参考规范ASTM C1260的测试方法[12],制备尺寸为25mmˑ25mmˑ280mm的试件放于80ħ㊁1.0mol/L 的NaOH溶液中浸泡14d㊂采用BC156-300型比长仪,测定1㊁3㊁5㊁7㊁10㊁14d对应的试件长度变形㊂为消除测量误差,采用每组试件三个测量值的平均值作为最终测定值,且每个测量值之间误差不能超过0.05%㊂同时设计同等强度的水泥净浆㊁砂浆的浸泡试验作为对照组㊂1.2.2㊀不同浓度NaOH溶液浸泡下的变形测试将所有试件放入0.1㊁1.0㊁3.0mol/L的NaOH溶液养护盒中浸泡,并置入80ħ环境箱静置14d㊂采用前述变形测试方法获取三组试件的长度变化㊂此外,设置一组80ħ水养条件的同配比试件作为对照组,排除在测量数据时温度等其他因素的干扰,并分析80ħ水养条件对碱激发胶凝材料化学反应及变形行为的影响㊂1.2.3㊀碱度测试利用固液萃取法[13]测试对应试件的碱度㊂将浸泡1㊁7㊁14d龄期的试件粉碎取样,过筛提取粒径在0.074mm以下的样品25g,并取25mL去离子水,将两者在密封塑料瓶内混合㊂之后将样品置于(20ʃ2)ħ的恒温环境下避光静置3d,并将静置后的混合溶液过滤2次,取上层滤液5mL为碱度待测液㊂通过瑞士万通Metrohm818Titrino plus自动电位滴定仪测试萃取待测液的OH-浓度㊂1.2.4㊀X射线衍射与扫描电子显微镜测试试验14d后,切取边缘非核心部分0~5mm试件10g,过0.074mm孔筛提取粉末样品,放置于存有干燥剂的干燥箱中进行干燥处理,处理后密封保存作为XRD测试样品㊂采用的仪器为CD/max2200vpc X射线衍射仪,测试范围为2θ=5ʎ~90ʎ,测试时间为10min㊂同时,取砂浆棒中间段切片作为扫描电子显微镜观察样品,切片大小为10mmˑ10mmˑ10mm㊂将待测样品用乙醇浸泡3d,之后置于干燥箱中干燥,干燥后将样品喷金处理用于扫描电子显微镜观察㊂采用的仪器为EVOMA25蔡司场发射扫描电子显微镜,加速电压为10.00kV,扫描步长为20μm㊂2㊀变形测试结果分析2.1㊀骨料在水泥与碱激发胶凝材料中的碱活性对比图2是水泥与碱激发胶凝材料试件在80ħ㊁1.0mol/L的NaOH溶液中浸泡14d的长度变化㊂第8期罗㊀哲等:碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的碱骨料反应机理研究2833㊀图2㊀水泥与碱激发胶凝材料试件在80ħ㊁1.0mol /L 的NaOH 溶液中浸泡14d 的长度变化Fig.2㊀Length change of cement and alkali-activatedcementitious material specimens soaked in 1.0mol /L NaOH solution at 80ħfor 14d 从图2可以看出,在80ħ㊁1.0mol /L 的NaOH 溶液连续浸泡条件下,水泥净浆在早期出现了短暂膨胀,这源于水泥水化反应生成的钙矾石㊁氢氧化钙等膨胀性物质[14]㊂也有研究[15]指出水泥水化生成的水化硅酸钙(C-S-H)凝胶在强碱环境作用下被Na +入侵发生凝胶固溶,可形成能吸水膨胀的碱硅凝胶并造成体积变大㊂以上因素导致溶液中水泥试件早期的膨胀变形量远大于早期自收缩,而呈现膨胀的现象㊂水泥砂浆试件在第14天的膨胀率为0.117%,膨胀率处于0.1%~0.2%㊂基于碱骨料的判断标准[12],水泥体系的花岗岩属于具有潜在危害性的骨料㊂而碱激发砂浆在整个测试期内呈现体积收缩的状态,且在第5天达到最大值-0.017%,之后基本保持稳定㊂碱激发砂浆表现出与水泥砂浆不同的变形行为,可能是因为碱激发胶凝材料聚合反应不生成膨胀性的产物,又或者产生过大的收缩掩盖了膨胀量㊂Li 等[13]㊁Ye 等[14]㊁Huang 等[16]都发现碱激发胶凝材料自干燥引起的较大毛细孔应力会引发凝胶结构持续性的重组和重排,促使自收缩在聚合反应结束后依然发生㊂为了验证骨料发生碱骨料反应存在适宜的碱度范围,接下来开展不同碱性溶液中的变形测试与微观分析㊂2.2㊀碱激发砂浆在不同碱性溶液中的变形行为图3为碱激发砂浆在不同碱性溶液中的变形发展㊂其中,高温水浴组在第1天收缩迅速,这可能是高温条件下促使未反应的原料进一步反应,从而引发自收缩㊂此后收缩放缓,可能源于自干燥引发的毛细孔应力较大,从而导致凝胶结构持续性的重组和重排[16]㊂图3中三种碱性溶液浸泡条件下砂浆试件变形行为呈现不同的规律㊂浸泡条件为80ħ㊁0.1mol /L NaOH 时,砂浆收缩在前期较快,而后在第3天出现短暂膨胀,之后又继续收缩㊂80ħ㊁1.0mol /L NaOH 条件下浸泡的砂浆试件在早期快速收缩之后,形变保持一个较稳定的状态㊂而浸泡环境为80ħ㊁3.0mol /L 的NaOH 溶液时,试件变形出现先收缩后膨胀的规律㊂NaOH 溶液从1.0mol /L 至3.0mol /L 时,砂浆试件14d 的最终变形变小,在3.0mol /L 的NaOH 溶液中高温浸泡的试件从第2天的最大收缩值0.026%到第14天收缩值为0.003%,其间试件产生了0.023%的膨胀变形,这是凝胶类沸石结构向沸石相转变以及花岗岩骨料发生碱骨料反应所造成的变形结果[17]㊂从总的变形结果来看,所有碱激发胶凝材料砂浆试件完整(如图4所示),均未发生膨胀开裂㊂图3㊀碱激发砂浆在不同碱性溶液中浸泡14d 的变形Fig.3㊀Deformation of alkali-activated mortar soaked in different alkaline solutions for 14d 图4㊀试验后的砂浆试件Fig.4㊀Mortar specimens after experiment2834㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷3㊀微观形貌分析3.1㊀不同碱性溶液浸泡条件下碱激发砂浆的微观形貌为理解各浸泡条件下试件的变形行为,开展了对应的微观形貌测试㊂图5为浸泡14d 的碱激发砂浆试件的SEM 照片㊂图5㊀不同浸泡条件下碱激发砂浆试件的SEM 照片Fig.5㊀SEM images of alkali-activated mortar specimens soaked in different conditions 在图5(a)中观察到表面完整的花岗岩骨料以及反应较致密的浆体,骨料与浆体接触面并没有被腐蚀的迹象㊂而在图5(b)中可以观察到花岗岩骨料的表面出现了被侵蚀的痕迹㊂图5(c)中的骨料由于浸泡环境碱度的提高而被严重腐蚀,已没有明显的骨浆界线,初步判断产生了类似水泥混凝土中碱骨料反应的界面过渡区(ITZ)形貌㊂从骨料在三种碱性溶液浸泡测试下的表现可以判断出,在1.0与3.0mol /L NaOH 溶液中浸泡的碱激发胶凝材料砂浆中,花岗岩骨料发生了不同程度的碱骨料反应㊂3.2㊀物相辨析使用SEM 观察到80ħ㊁0.1mol /L NaOH 溶液浸泡样品呈一束长条针状产物形貌,如图6所示㊂图7为各浸泡条件下试件的XRD 分析结果㊂图6㊀长条针状形貌样品的SEM 照片Fig.6㊀SEM image of sample with elongated needle-shapedshape 图7㊀碱激发胶凝材料与骨料的XRD 谱Fig.7㊀XRD patterns of alkali-activated cementitious materials and aggregate ㊀㊀结合产物分析与图6形貌,可初步判定长条针状形貌属于沸石类产物,类似的形貌特征在Shi 等[18]的研究中也有出现㊂图7中三种碱性溶液浸泡下样品的XRD 谱在2θ=20ʎ~30ʎ处都有一群无法分析的弥散衍射峰,这是胶凝材料水化反应生成的无定形凝胶产物,曲线中也出现了产物为石英(SiO 2)㊁钠长石(NaAlSi 3O 8)以及Na 6Al 6Si 10O 32的晶体衍射峰,石英与钠长石是花岗岩骨料本身包含的物质㊂图7显示0.1与3.0mol /L NaOH 溶液浸泡条件下的XRD 分析结果中多出了一个沸石(zeolite)衍射峰,可能是在高温条件下无定形凝胶产物转变成了沸石结构[19],而凝胶的类沸石结构转变成沸石结构可能会造成膨胀㊂结合图3的试件变形分析,沸石相的出现印证了0.1mol /L NaOH 条件下的试件在反应中期出现轻微膨胀,但是沸第8期罗㊀哲等:碱激发偏高岭土-矿渣砂浆的碱骨料反应机理研究2835㊀石相产生膨胀较小且不具备可持续性㊂而图3中3.0mol /L NaOH 条件下对应曲线的膨胀变形明显比1.0mol /L NaOH 条件下更大,说明3.0mol /L NaOH 溶液浸泡的试件膨胀变形不仅是由沸石产物造成的㊂结合图3㊁图5与图7的分析,可知0.1mol /L 碱溶液养护条件下的砂浆试件中骨料状态完好,不会发生碱骨料反应,但是碱激发反应生成的无定形凝胶产物会部分转变成沸石结构,导致试件产生微小不可持续的膨胀㊂1.0mol /L 碱溶液养护条件下的砂浆试件骨料表面形貌出现轻微侵蚀情况,产物分析中沸石产物消失,而3.0mol /L 碱溶液养护条件下的砂浆试件骨料发生严重碱骨料反应,骨料表面出现被腐蚀区以及与浆体产生界面过渡区,在浆体材料早期收缩变形很大的情况下最终膨胀幅度为0.023%㊂3.0mol /L 碱溶液浸泡条件下试件的XRD 产物分析中同样出现沸石,但沸石产物不会造成可持续的较大膨胀,结合图3的变形测试结果分析可以得出,3.0mol /L 碱溶液浸泡下的砂浆试件出现的膨胀是碱骨料反应与沸石产物形成的综合结果㊂4㊀碱激发胶凝材料发生碱骨料反应的碱度范围图8㊀不同碱性溶液浸泡下的砂浆孔溶液碱度Fig.8㊀Alkalinity in pore solution of mortar soaked indifferent alkaline solutions 在第1㊁7㊁14天萃取的碱激发砂浆试件的孔溶液的OH -浓度如图8所示㊂从图8可以看出,对于三种不同碱性溶液浸泡条件的砂浆棒,随着外部溶液碱度从0.1mol /L 提高到1.0mol /L,砂浆孔溶液碱度均得到不同程度的提高,且碱度在浸泡7与14d 接近一个稳定值㊂其中在80ħ㊁3.0mol /L NaOH 溶液浸泡下的砂浆试件OH -浓度最大,第14天为0.393mol /L㊂而在1.0和0.1mol /L NaOH 溶液浸泡下的OH -浓度分别为0.209㊁0.123mol /L㊂结合前面结论,可认为在碱激发胶凝材料中孔溶液OH -浓度大于0.209mol /L 时,骨料会发生碱骨料反应㊂5㊀结㊀论1)碱激发砂浆在碱活性标准试验中的变形以收缩为主,但不同碱性环境下变形行为不同㊂砂浆孔溶液中的碱物质能被外部浸泡溶液补充,并重新参与到试件内部的碱骨料反应中,因此浸泡溶液碱度越高,骨料发生的碱骨料反应越严重,试件的整体收缩率越小㊂2)高温碱环境对碱激发砂浆的体积膨胀有明显促进作用,偏高岭土材料反应产生的N-A-S-H 凝胶类沸石结构会往沸石结构转化,同时花岗岩骨料表面会产生较多的碱骨料反应产物,并逐步形成浆-骨过渡区形貌㊂3)碱激发偏高岭土-矿渣胶凝材料中孔溶液的氢氧根离子浓度大于0.209mol /L 时,碱骨料反应会发生㊂参考文献[1]㊀PROVIS J L,BERNAL S A.Geopolymers and related alkali-activated materials[J].Annual Review of Materials Research,2014,44:299-327.[2]㊀WINNEFELD F,LOTHENBACH B.Hydration of calcium sulfoaluminate cements:experimental findings and thermodynamic modelling [J].Cement and Concrete Research,2010,40(8):1239-1247.[3]㊀PELLETIER L,WINNEFELD F,LOTHENBACH B.The ternary system Portland cement-calcium sulphoaluminate clinker-anhydrite:hydrationmechanism and mortar properties[J].Cement and Concrete Composites,2010,32(7):497-507.[4]㊀RIVARD P,BÉRUBÉM A,OLLIVIER J P,et al.Decrease of pore solution alkalinity in concrete tested for alkali-silica reaction[J].Materialsand Structures,2007,40(9):909-921.[5]㊀JOHN L P,JANNIE S J V D.Alkali activated materials[M].Springer,Dordrecht,2013:59.[6]㊀SHI C J,SHI Z G,HU X,et al.A review on alkali-aggregate reactions in alkali-activated mortars /concretes made with alkali-reactive aggregates[J].2836㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷Materials and Structures,2015,48(3):621-628.[7]㊀XIE Z,XIANG W,XI Y.ASR potentials of glass aggregates in water-glass activated fly ash and Portland cement mortars[J].Journal of Materialsin Civil Engineering,2003,15(1):67-74.[8]㊀杨长辉,蒲心诚,吴㊀芳.碱性水泥系统的长期碱集料反应研究[J].混凝土与水泥制品,1999(3):3-7.YANG C H,PU X C,WU F.Study on the long-term AAR of alkaline cement system[J].Chinal Concrete and Cement Products,1999(3):3-7(in Chinese).[9]㊀SHI Z G,SHI C J,ZHAO R,et parison of alkali-silica reactions in alkali-activated slag and Portland cement mortars[J].Materials andStructures,2015,48(3):743-751.[10]㊀刘永道,卢都友,郑彦增,等.不同养护条件下含石英玻璃地质聚合物砂浆的变形行为[J].硅酸盐学报,2012,40(5):696-702.LIU Y D,LU D Y,ZHENG Y Z,et al.Deformation behaviour of geopolymer mortars with silica glass under different curing conditions[J].Journal of the Chinese Ceramic Society,2012,40(5):696-702(in Chinese).[11]㊀杨振天.地质聚合物与碱活性骨料界面反应机理研究[D].长沙:长沙理工大学,2019:20-22.YANG Z T.The research on reaction mechani of geopolymer and alkali activity of aggregate in the interface transition zone[D].Changsha: Changsha University of Science&Technology,2019:20-22(in Chinese).[12]㊀刘㊀珩,卢都友,许仲梓.集料碱活性检测方法评述[J].混凝土与水泥制品,2003(4):1-6.LIU H,LU D Y,XU Z Z.Development of research on testing method for identifying the AAR reactivity of aggregate[J].China Concrete and Cement Products,2003(4):1-6(in Chinese).[13]㊀LI L F,NAM J,HARTT W H.Ex situ leaching measurement of concrete alkalinity[J].Cement and Concrete Research,2005,35(2):277-283.[14]㊀YE H L,RADLIN'SKA A.Quantitative analysis of phase assemblage and chemical shrinkage of alkali-activated slag[J].Journal of AdvancedConcrete Technology,2016,14(5):245-260.[15]㊀余红发,孙㊀伟,王甲春,等.盐湖地区侵蚀性离子在混凝土中的扩散及其相互作用[J].东南大学学报(自然科学版),2003,33(2):156-159.YU H F,SUN W,WANG J C,et al.Diffusion of corrosive ions into concrete exposed to salt lake and interaction between corrosive-ions and concrete[J].Journal of Southeast University(Natural Science Edition),2003,33(2):156-159(in Chinese).[16]㊀HUANG D W,CHEN P,PENG H,et al.Drying shrinkage performance of medium-Ca alkali-activated fly ash and slag pastes[J].Cement andConcrete Composites,2022,130:104536.[17]㊀FERNANDEZ-JIMENEZ A,GARCÍA-LODEIRO I,PALOMO A.Durability of alkali-activated fly ash cementitious materials[J].Journal ofMaterials Science,2007,42(9):3055-3065.[18]㊀SHI Z G,SHI C J,ZHANG J,et al.Alkali-silica reaction in waterglass-activated slag mortars incorporating fly ash and metakaolin[J].Cementand Concrete Research,2018,108:10-19.[19]㊀刘永道,卢都友,郑彦增.养护条件对粉煤灰基地质聚合物变形行为的影响[J].硅酸盐通报,2011,30(6):1227-1232.LIU Y D,LU D Y,ZHENG Y Z.Effect of curing conditions on the deformation behaviour of fly ash-based geopolymer[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2011,30(6):1227-1232(in Chinese).。

矿业工程黄　金ＧＯＬＤ２０２３年第１２期／第４４卷碱激发黄金尾矿制备胶凝材料的试验研究收稿日期：２０２３－０５－３０；修回日期：２０２３－０７－０２作者简介：李进鹏（１９８５—），男，工程师，从事矿山生产技术及采矿工程管理工作；Ｅ ｍａｉｌ：ｚｊｋｙｋｊｂ＠１２６．ｃｏｍ李进鹏，刘　辉，温骁东（招金矿业股份有限公司蚕庄金矿）摘要：基于黄金尾矿资源化利用这一目标，开展了以碱熔后的黄金尾矿和高炉矿渣为原材料制备胶凝材料的试验研究。

研究了高炉矿渣掺量对所制备胶凝材料凝固时间、抗压强度、物相组成及水化产物的影响。

结果表明：添加高炉矿渣可以显著缩短材料的凝固时间，增加其抗压强度，并且添加３０％高炉矿渣时效果最优，２８ｄ抗压强度可达到１４．０５ＭＰａ。

掺入高炉矿渣后，碱激发胶凝材料的水化产物以水化硅酸钙（ＣＳＨ）和水化硅铝酸钠（ＮＡＳＨ）为主。

关键词：黄金尾矿；胶凝材料；高炉矿渣；碱激发；抗压强度 中图分类号：ＴＤ８５３．３４ 文章编号：１００１－１２７７（２０２３）１２－００１８－０５文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２３１２０５引　言近年来，中国经济呈现出迅猛的增长趋势，与此同时，为适应经济的发展，矿山的开采数量也随之增加，因此所产生的尾矿量也不断增加。

大量的尾矿给矿业、环境和经济造成不少难题，成为中国矿业和经济可持续发展的瓶颈问题。

总的来说，尾矿的危害主要体现在以下几个方面：①矿产资源浪费。

由于大多数矿石品位低［１］，且呈多组分共伴生矿，矿物嵌布粒度细，再加上以往较低的选矿技术水平、陈旧的设备及落后的管理水平等问题，造成资源的严重浪费。

尾矿占用大量土地，建设尾矿库投资巨大。

目前，大多数尾矿都堆存在尾矿库中，只有少数得到利用，因此占用大量的土地［２］，这其中包括大量的耕地和林用土地，对于中国这样一个人口众多、人均耕地面积较少的大国来说，显然是严重的威胁。

另外，修建及维护尾矿库要耗费大量的费用。

碱激发矿渣-钢渣复合胶凝体系的性能研究
郭启龙;杜磊;华亮;高敏;刘荣浩;艾妮萨加帕尔
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2024(51)1
【摘要】以氢氧化钠和水玻璃为激发剂制备矿渣-钢渣复合胶凝材料,研究矿渣掺量、碱当量和水玻璃模数对复合胶凝材料抗压强度的影响,并采用XRD、SEM对硬化试样的显微形貌和水化产物组成进行了分析。

结果表明:随矿渣掺量减少,抗压强度降低。

随碱当量的增加,抗压强度先提高后降低,碱当量为11%时强度达到最高。

随水玻璃模数的增大,抗压强度先提高后降低,当水玻璃模数为1.2时强度达到最高。

水
化产物主要为CaCO3、C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶、托贝莫来石及RO惰性相。

【总页数】6页(P108-113)
【作者】郭启龙;杜磊;华亮;高敏;刘荣浩;艾妮萨加帕尔
【作者单位】西北民族大学土木工程学院;甘肃省新型建材与建筑节能重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TU526
【相关文献】
1.碱激发钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能研究
2.复合激发剂对钢渣-矿渣基胶凝材
料性能的影响3.碱激发偏高岭土/矿渣复合胶凝体系反应水平及影响因素分析4.钢渣——矿渣复合胶凝材料的制备及胶凝活性激发试验研究5.掺硅灰和碱渣的碱激
发矿渣/钢渣胶凝材料性能
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碱激发钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能研究??【摘要】本研究旨在探讨碱激发对钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能的影响。

通过对钢渣矿渣胶凝材料的特点和碱激发对其性能的影响进行分析，设计了实验方法与流程，并进行了实验结果的分析。

研究发现，碱激发可以显著提高钢渣矿渣胶凝材料的凝结硬化性能。

性能改善措施可以进一步提升材料性能。

本研究为钢渣矿渣胶凝材料的应用提供了重要的理论和实验基础。

未来可以深入探讨碱激发对材料性能的影响机制，并开展更多的性能改善措施研究。

综合以上研究结果，碱激发对钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能具有重要的促进作用，为该类材料的应用和研究提供了新的思路和方向。

【关键词】碱激发、钢渣矿渣、胶凝材料、凝结硬化性能、研究、实验方法、实验结果、性能改善、结论、展望、总结。

1. 引言1.1 研究背景钢渣矿渣是冶金工业生产过程中产生的一种废弃物，大量的钢渣矿渣排放对环境造成了严重污染。

寻找一种能够有效利用钢渣矿渣的方法，不仅可以降低环境污染，还可以实现资源的再利用，具有重要的经济和环境意义。

近年来，随着建筑工程的发展和需求的增加，对胶凝材料提出了更高的要求。

钢渣矿渣由于其含有大量的氧化铁、钙、镁等成份，使其具有潜在的胶凝活性。

研究碱激发钢渣矿渣胶凝材料凝结硬化性能，对于提高胶凝材料的综合性能，推动矿渣资源的综合利用具有重要意义。

本研究旨在通过添加不同类型的碱激发剂，探究其对钢渣矿渣胶凝材料性能的影响，从而提高其凝结硬化性能，为实现钢渣矿渣资源化利用提供技术支持。

通过实验研究和数据分析，深入探讨碱激发对胶凝材料性能的影响机制，为今后的研究和工程应用提供参考依据。

1.2 研究意义本研究旨在通过碱激发的方式改善钢渣矿渣胶凝材料的凝结硬化性能，探讨碱激发对胶凝材料性能的影响机理，为该材料在工程领域的应用提供技术支撑。

通过实验方法与流程的设计，以及对实验结果的分析，可以深入了解碱激发的作用机制，找到钢渣矿渣胶凝材料的性能改善措施。

研究探讨碱激发矿渣胶凝材料是指以强碱为激发剂，以水淬高炉矿渣为被激发材料的一种新型胶凝材料，与传统的水泥基材料相比，碱激发矿渣胶凝材料具有快硬早强、优良的耐化学侵蚀性、耐高温性和固结重金属的性能等[1,2]，可在部分环境替代水泥制备新型胶凝材料，其应用可显著减少碳排放[3,4]，符合我国“碳达峰、碳中和”的绿色发展之路，是《2030年前碳达峰行动方案》和《建材行业碳达峰实施方案》等国家或部委鼓励推广应用的新型胶凝材料。

现实生活中，一些交通道路老化，出现局部坑洞需要修复；城市更新时各种地下管线的埋设或维修频繁，也经常破坏道路，如何减少道路局部修复对交通的影响，需要充分考虑。

另外，在一些极端条件下，比如地震、自然灾害、战争等影响，一些公路、桥梁、机场等基础设施极易受损，但其又是灾后救援行动的生命线，灾后交通的快速修复是保障国家社会经济活动正常运转和及时挽回人民生命财产的必要条件，这些都急需研发高性能的道路快速修补材料[5-8]。

本文以磨细矿渣、加密硅灰、碱激发剂、粗细骨料和钢纤维为原材料制备复合胶凝体系道路快速修补材碱激发复合体系快速胶凝材料的性能研究*黄启林（三明市公路事业发展中心，福建三明365004）摘要：为测试前期研发的碱激发复合体系快速胶凝材料的工程应用性能，采用优选的两种配合比用于工程试验段，并测试了碱激发复合体系快速胶凝混凝土不同龄期的抗压、抗折强度、耐久性和耐磨性等性能，并进行了相关分析。

结果表明：①优选的两种碱激发复合体系快速胶凝材料的配合比，4h 抗折强度分别达到4.5MPa 和4.7MPa ，满足道路快速抢修和通车的要求；②地聚物早期强度增长较快，后期强度增加较慢，不存在后期强度衰减的情况；③两种配合比的单位面积磨耗量分别为2.45kg/m 2和2.26kg/m 2，渗水高度分别为8mm~12mm 和5mm~8mm ，28d 收缩量分别为508×10-3mm 和412×10-3mm ，28d 碳化深度值分别21.1mm 和18.2mm 、氯离子渗透深度分别为10.3mm 和8.2mm ；④掺加钢纤维有利于提高地聚物的抗压和抗折强度，有利于提高其耐久性能。

偏高岭土改善混凝土体积稳定性的研究的开题报告
题目：偏高岭土改善混凝土体积稳定性的研究
一、研究背景和意义：
混凝土作为一种建筑材料，在建筑、道路和桥梁等领域得到广泛应用。

然而，混凝土在使用过程中面临的一个问题就是其体积稳定性不足，容易出现收缩、膨胀等问题。

这些问题影响了混凝土的使用寿命和性能，因此，研究如何提高混凝土的体积稳定性，具有非常重要的意义。

偏高岭土是一种天然的黏土矿物，其化学成分及物理性质有着独特
的优势。

研究表明，添加适量的偏高岭土可以显著改善混凝土的体积稳
定性，提高其耐久性和性能。

因此，研究偏高岭土的应用性能和机理，
对于混凝土的改良和发展具有重要意义。

二、研究内容和方法：
1. 研究偏高岭土在混凝土中的应用性能，并探究其对混凝土体积稳
定性的影响。

2. 借助实验室法，对混凝土进行力学性能测试、体积稳定性测试和
微观结构观察，以确定偏高岭土的最佳添加量和作用机理。

3. 基于实验结果，探索混凝土中偏高岭土的应用前景和推广价值。

三、预期结果和开展意义：
通过本研究，预计能够得到以下几个方面的结果：
1. 确定偏高岭土的最佳添加量和作用机理，为混凝土改良提供科学
依据。

2. 提高混凝土的体积稳定性和耐久性，促进建筑材料的发展。

3. 开拓偏高岭土在混凝土中的应用前景，为行业发展提供新的思路
和选择。

综上所述，偏高岭土改善混凝土体积稳定性的研究具有现实的应用价值和科学的研究意义，对于建筑产业的可持续发展和经济发展具有重要作用。

文章编号：１００７－９６２９（２０１２）０３－０４１６－０６偏高岭土矿渣基地聚合物缓凝剂的性能研究诸华军１，　姚　晓２，　张祖华２，　王道正３，　何玉鑫２（１．盐城工学院材料工程学院，江苏盐城２２４０５１；２．南京工业大学材料科学与工程学院，江苏南京２１０００９；３．常州市建筑科学研究院有限公司，江苏常州２１３０１５）摘要：以自主研发的缓凝剂ＢＣＨ对偏高岭土矿渣基地聚合物浆体凝结时间进行调节；利用反应热分析、化学结合水量测定和微观形貌观察等方法对ＢＣＨ的缓凝效果进行验证．结果表明：缓凝剂ＢＣＨ能有效延缓地聚合物浆体的反应速率，且对其硬化体抗压强度有一定增强作用．当ＢＣＨ掺量为５．０％（质量分数）时，缓凝效果最佳，地聚合物浆体２０℃和８０℃的初凝时间分别比未掺ＢＣＨ的增加了２０．４倍和１３．７倍；８０℃养护３ｄ和２８ｄ的地聚合物硬化体抗压强度分别比未掺ＢＣＨ的提高了１２．２８％和５．８０％；在２０℃和５０℃下碱激发反应放热峰出现时间较未掺ＢＣＨ的明显延迟，放热峰强度显著降低；８０℃时碱激发反应主要发生在４．０～６．０ｈ时间段，较未掺ＢＣＨ的反应时间段（０．２～１．０ｈ）滞后；８０℃碱激发反应１．０ｈ后，反应产物浆体不凝结，产物颗粒表面覆盖黏附物，而未掺ＢＣＨ的碱激发反应产物为连续致密的硬化体．关键词：地聚合物；凝结时间；缓凝剂；反应热中图分类号：ＴＱ１７７．１ 文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９６２９．２０１２．０３．０２４Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｒｅｔａｒｄｅｒ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｆｏｒ　Ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ－Ｓｌａｇ　ＧｅｏｐｏｌｙｍｅｒＺＨＵ　Ｈｕａ－ｊｕｎ１，　ＹＡＯ　Ｘｉａｏ２，　ＺＨＡＮＧ　Ｚｕ－ｈｕａ２，　ＷＡＮＧ　Ｄａｏ－ｚｈｅｎｇ３，　ＨＥ　Ｙｕ－ｘｉｎ２（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　２２４０５１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１０００９，Ｃｈｉｎａ；３．Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　２１３０１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｒｅｔａｒｄｅｒ　ＢＣＨ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｆｒｏｍ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｄｊｕｓｔ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆｍｅｔａｋａｏｌｉｎ－ｓｌａｇ　ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｐａｓｔｅ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｈｅａｔ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏ－ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｒｅｔａｒｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＢＣＨ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔＢＣＨ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｐａｓｔｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ．ＢＣＨ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｒｅｔａｒｄｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｗｉｔｈ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　５．０％（ｂｙ　ｍａｓｓ）．Ａｔ２０℃ａｎｄ　８０℃ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ　ｂｙ　２０．４ａｎｄ　１３．７ｔｉｍｅｓ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｔｈｅ　ｒｅｔａｒｄｅｒ　ｒｅ－ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｔ　８０℃ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｔ　３ｄａｎｄ　２８ｄｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　１２．２８％ａｎｄ　５．８０％ｒｅｓｐｅｃ－ｔｉｖｅｌｙ．Ａｌｋａｌｉ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ａｔ　２０℃ａｎｄ　５０℃ｈａｓ　ｌａｔｅ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｅｘｏｔｈｅｒｍａｌ　ｐｅａｋ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈｏｕｔＢＣＨ．Ａｌｋａｌｉ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ａｔ　８０℃ｔａｋｅｓ　ｐｌａｃｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　４．０～６．０ｈａｎｄ　ｉｓ　ｌａｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔｗｉｔｈｏｕｔ　ＢＣＨ（ｆｏｒ　０．２～１．０ｈ）．Ｗｈｅｎ　ｒｅａｃｔｅｄ　ａｔ　８０℃ｆｏｒ　１．０ｈ，ｔｈｅ　ｐａｓｔｅ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｓｅｔ，ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｉｓｃｏｖｅｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｌａｙｅｒ　ｏｆ　ｓｌｕｒｒｙ，ｗｈｅｒｅａｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ＢＣＨ　ｉｓ　ｃｏｍｐａｃｔｓｏｌｉｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ；ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ；ｒｅｔａｒｄｅｒ；ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｈｅａｔ收稿日期：２０１０－１２－２０；修订日期：２０１１－０１－２６基金项目：国家高新技术计划（８６３计划）项目（２００６ＡＡ０６Ｚ２２５）第一作者：诸华军（１９８１—），男，江苏南京人，盐城工学院助理研究员，博士后．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｊｚｈｕ２００８＠１６３．ｃｏｍ．　第３期诸华军，等：偏高岭土矿渣基地聚合物缓凝剂的性能研究４１７ 地聚合物是一种不同于硅酸盐水泥的新型碱激发胶凝材料，主要由低聚态—Ｓｉ—Ｏ—，—Ａｌ—Ｏ—分子基团缩聚形成，其终产物以共价键和离子键为主．因此，地聚合物的力学性能、耐久性能优异，引起了世界各国材料研究者的重视，是近年来国际上研究非常活跃的材料之一［１－６］．在碱激发条件下，偏高岭土和矿渣可反应形成偏高岭土矿渣基地聚合物（以下简称为地聚合物）．由于偏高岭土和矿渣均属于高活性无机硅铝酸盐，碱激发条件下凝结、硬化快，特别是高温条件下碱激发反应速率更是难以控制［７］，从而使得地聚合物的推广应用受到限制，如其无法应用于高温地区路面浇注、核废料处理等工程作业中．国内外许多研究人员对偏高岭土、矿渣的碱激发反应速率及其影响因素进行了研究，如史才军等［７］对工业废渣粉的碱激发反应特性进行了分析，认为温度对工业废渣粉碱激发反应速率的影响显著，高温下浆体凝结速率快；郑娟荣等［８］对碱偏高岭土胶凝材料凝结硬化性能的影响因素进行了研究，并指出８０℃条件下，低模数（０．５～１．０）水玻璃与偏高岭土形成的胶凝材料在拌和时发生闪凝．Ｙａｏ等［９］测试了２０℃和５０℃时偏高岭土的水化热，结果表明，反应温度提高，偏高岭土反应放热速率和放热强度明显提高．上述研究表明，反应温度提高，偏高岭土、矿渣的碱激发反应速率明显加快，高温条件下的反应速率更是难以控制．然而，针对该类胶凝材料高温下凝结速率快的问题，前期研究均未提出有效解决方法．例如，焦宝祥等［１０］对常温下水玻璃矿渣胶凝材料的缓凝问题进行了研究，指出消石灰对水玻璃矿渣水泥具有良好的缓凝作用，但未涉及高温条件下的调凝问题．另外，目前关于地聚合物凝结速率方面的研究很少，在高温条件下对地聚合物凝结速率控制的研究还未见报道．本试验前期也使用了多种水泥类缓凝剂以期对地聚合物凝结时间进行控制，如石膏、酒石酸及木钙类、高分子类缓凝剂等，但均无效果．为此，笔者自主研发了缓凝剂ＢＣＨ，并通过ＢＣＨ对地聚合物浆体的凝结时间进行调节，同时利用反应热分析、化学结合水量测定和微观形貌观察等方法对ＢＣＨ的缓凝效果进行验证，以求有效解决地聚合物高温下凝结速率快的技术难题，为地聚合物的广泛应用提供新技术支持．１　试验１．１　原材料偏高岭土产自江苏苏州，比表面积为７５０ｍ２／ｋｇ；矿渣产自江苏南京，比表面积为４１０ｍ２／ｋｇ，２种原材料的化学组成分析结果见表１．碱激发材料为液体硅酸钠（模数为３．２，密度为１．６９ｇ／ｃｍ３），用ＮａＯＨ调节其模数至２．０，加水稀释后备用．缓凝剂ＢＣＨ为试验室自制，白色粉末，主要由适当比例的有机二元酸和碱金属盐反应后，生成产物经干燥粉磨而制得．表１　偏高岭土和矿渣的主要化学组成Ｔａｂｌｅ　１　Ｍａｉｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（ｂｙ　ｍａｓｓ）ｏｆ　ｍｅｔａｋａｏｌｉｎａｎｄ　ｓｌａｇ％Ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ　Ａｌ２Ｏ３ＳｉＯ２ＣａＯ　Ｋ２Ｏ　Ｎａ２Ｏ　Ｆｅ２Ｏ３ＭｇＯＭｅｔａｋａｏｌｉｎ　４４．０３　５２．２０　０．３１　０．６９　０．１５　０．６５　０．２７Ｓｌａｇ　１９．８４　３６．８６　３１．７５　０．５３　０．３７　０．８０　８．５３１．２　试验方法地聚合物浆体制备时，经试验优选，确定偏高岭土与矿渣质量比为６０︰４０，浆体液固比为０．８９ｍＬ／ｇ．地聚合物浆体凝结时间、地聚合物硬化体抗压强度的测试按照ＧＢ　１７５—２００７《通用硅酸盐水泥》标准进行，其中凝结时间测试样的养护温度分别为２０℃和８０℃，抗压强度测试样的养护温度为８０℃；进行反应热分析时，将配制好的地聚合物浆体置于预热（２０，５０℃）稳定的ＳＴＡ４４９Ｃ型同步综合热分析仪中（仪器最高试验温度为５０℃），然后记录碱激发反应放热速率的变化；ＳＥＭ分析时，取养护至规定龄期的反应产物，经烘干、喷金后，用ＪＳＭ－５９００型扫描电子显微镜观察其微观形貌．２　结果与讨论２．１　ＢＣＨ掺量对地聚合物浆体凝结时间的影响ＢＣＨ掺量（以占偏高岭土和矿渣的总质量分数计）对地聚合物浆体凝结时间的影响见图１．由图１可见：（１）在２０，８０℃条件下，随着ＢＣＨ掺量的增大，地聚合物浆体凝结时间均呈现出先增大而后减小的趋势，其中ＢＣＨ掺量为５．０％时，缓凝效果最佳，地聚合物浆体的初凝时间和终凝时间均最长．（２）在２０℃条件下，未掺ＢＣＨ地聚合物浆体的初凝时间和终凝时间分别为７６ｍｉｎ和３５６ｍｉｎ．随着ＢＣＨ掺量增大至５．０％，浆体初凝时间缓慢增长，终凝时间增长速率明显高于初凝时间．当ＢＣＨ掺量为５．０％时，浆体初凝时间为１　６２５ｍｉｎ，终凝时间达到５　２３０ｍｉｎ，分别比未掺ＢＣＨ地聚合物浆体增加了２０．４倍和１３．７倍．（３）８０℃条件下，地聚合物反应速率显著加快，未掺ＢＣＨ地聚合物浆体的初凝时间和终凝时间分别为１８ｍｉｎ和２６ｍｉｎ．随着４１８　建筑材料学报第１５卷　ＢＣＨ掺量增大至５．０％，浆体初凝时间和终凝时间均明显延长；ＢＣＨ掺量为５．０％时，浆体初凝时间为３２９ｍｉｎ，终凝时间为３４２ｍｉｎ，分别比未掺ＢＣＨ地聚合物浆体增加了１７．３倍和１２．２倍．由此可见，缓凝剂ＢＣＨ的加入能有效减缓地聚合物的凝结固化速率．图１　ＢＣＨ掺量对地聚合物浆体凝结时间的影响Ｆｉｇ．１　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＢＣＨ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｎ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｐａｓｔｅ２．２　ＢＣＨ掺量对地聚合物硬化体抗压强度的影响缓凝剂ＢＣＨ能有效延缓地聚合物浆体的凝结固化速率．养护温度为２０℃，ＢＣＨ掺量为５．０％时，地聚合物浆体养护３ｄ仍未完全硬化，因此，试验选择考察８０℃条件下，不同ＢＣＨ掺量对地聚合物硬化体抗压强度的影响，结果见表２．表２　ＢＣＨ掺量对地聚合物硬化体抗压强度（８０℃）的影响Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＢＣＨ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｎ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ（８０℃）ｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ　ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒＢＣＨ　ａｄｄｉｔｉｏｎ（ｂｙｍａｓｓ）／％Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ／ＭＰａ３ｄ７ｄ２８ｄ０　３３．４　３５．８　３６．２１．０　３５．２　３６．７　３８．１３．０　３８．４　３８．２　３９．０５．０　３７．５　３７．６　３８．３８．０　２８．９　３２．３　３２．８ 由表２可见：当ＢＣＨ掺量≤５．０％时，各龄期地聚合物硬化体的抗压强度均大于未掺ＢＣＨ地聚合 物硬化体．当ＢＣＨ掺量为５．０％时，８０℃养护３ｄ和２８ｄ的地聚合物硬化体抗压强度分别比未掺ＢＣＨ的提高了１２．２８％和５．８０％．这主要是由于高温（８０℃）下未掺ＢＣＨ时，碱激发反应速率太快，偏高岭土和矿渣未能完全反应．加入ＢＣＨ后，碱激发反应速率减缓，偏高岭土和矿渣反应较完全，从而使地聚合物硬化体抗压强度增加．由表２还可见：过量（８．０％）ＢＣＨ的加入使地聚合物硬化体的抗压强度降低．综合考虑ＢＣＨ对地聚合物浆体的调凝效果和对地聚合物硬化体抗压强度的影响，ＢＣＨ的适宜掺量为５．０％．２．３　ＢＣＨ掺量对碱激发反应过程的影响碱激发反应过程是一个复杂的物理化学反应过程，偏高岭土、矿渣和碱溶液、水接触后放出吸附溶解热，同时碱激发过程也放出大量化学反应热．通过对碱激发反应放热速率的测试可对碱激发反应过程进行考察和分析．图２是不同ＢＣＨ掺量下碱激发反应放热速率图．图２　不同ＢＣＨ掺量下碱激发反应放热速率图Ｆｉｇ．２　Ｈｅａｔ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ＢＣＨ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　第３期诸华军，等：偏高岭土矿渣基地聚合物缓凝剂的性能研究４１９ 由图２可见，ＢＣＨ的掺入对碱激发反应放热有较大影响．２０℃条件下，未加入缓凝剂时，第１个放热峰出现时间较早（２．０ｈ），放热速率大（４．８７ｍＷ／ｇ），放热时间短；第２个放热峰出现在１２．０ｈ，放热速率为２．１８ｍＷ／ｇ，放热时间较短，至２５．０ｈ后，放热速率较低．ＢＣＨ的加入降低了碱激发反应过程放热速率．当ＢＣＨ掺量为２．０％时，最大放热峰在６．７ｈ出现，放热速率为２．９４ｍＷ／ｇ．由于ＢＣＨ掺量少，偏高岭土、矿渣和碱溶液接触后的溶解热降低，加上碱激发反应放热，２个放热峰发生叠加．当ＢＣＨ掺量为５．０％时，放热速率明显减小、放热峰强度降低．而ＢＣＨ掺量为８．０％时，在１．８ｈ左右有１个放热峰出现，峰型较小，可能为缓凝剂与体系中其他离子发生化学反应所致，该反应的发生也促进了地聚合物浆体的凝结硬化．反应温度为５０℃时，放热速率明显提高．未掺缓凝剂时，最高放热峰出现在１．４ｈ，放热速率为５．２６ｍＷ／ｇ，未出现明显的第２个放热峰（这是因反应温度提高导致放热速率加快，单位时间内放热量增大，引起放热峰叠加所致）．掺加ＢＣＨ后，放热速率降低．当ＢＣＨ掺量为２．０％时，在４．３ｈ出现１个较大的放热峰，放热速率为３．７８ｍＷ／ｇ．ＢＣＨ掺量增大至５．０％和８．０％时，放热速率明显减缓，放热峰分别出现在１１．３ｈ和９．８ｈ左右，与未掺ＢＣＨ碱激发反应相比，放热峰出现时间推迟，放热峰强度降低，放热时间延长．图３为２０℃下ＢＣＨ掺量对偏高岭土、矿渣碱激发反应放热速率的影响．由图３可见，偏高岭土和矿渣中加入５．０％ＢＣＨ后，放热峰出现时间延迟，矿渣碱激发反应最强放热峰由１．０ｈ（５．３９ｍＷ／ｇ）延迟至９．０ｈ（３．７４ｍＷ／ｇ），偏高岭土碱激发反 图３　ＢＣＨ掺量对偏高岭土、矿渣碱激发反应放热速率的影响Ｆｉｇ．３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＢＣＨ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｎ　ｈｅａｔ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｌｋａｌｉａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ　ｏｒ　ｓｌａｇ应最强放热峰由１１．４ｈ（２．５６ｍＷ／ｇ）延后至２０．７ｈ（２．０５ｍＷ／ｇ）．可见，缓凝剂ＢＣＨ对偏高岭土、矿渣的碱激发过程均有明显延缓作用．２．４　ＢＣＨ对碱激发反应产物化学结合水量的影响化学结合水量测定是研究胶凝材料水化过程普遍使用的方法之一，化学结合水量随水化物量的增加而增大，即随水化程度的提高而增加［１１］．地聚合物属于碱激发胶凝材料，反应过程中伴随大量水化反应的进行．图４为８０℃条件下，ＢＣＨ对碱激发反应产物化学结合水量（质量分数）的影响．图４　ＢＣＨ对碱激发反应产物化学结合水量的影响Ｆｉｇ．４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＢＣＨ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ（ｂｙ　ｍａｓｓ）ｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｉｎ　ａｌｋａｌｉ　ａｃｔｉｖａｔｅｄｒｅａｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔ由图４可见，掺入５．０％ＢＣＨ对碱激发反应后期产物的化学结合水量影响较小（反应１２．０ｈ时，未掺ＢＣＨ的化学结合水量为７．３５％，掺ＢＣＨ的化学结合水量为７．６６％），但对碱激发反应前期产物的化学结合水量影响较大．未掺ＢＣＨ时，碱激发反应产物化学结合水量在０．２～１．０ｈ内急剧提高，反应２．０ｈ后，化学结合水量变化较小，可见碱激发反应主要发生在０．２～１．０ｈ时间段．掺加５．０％ＢＣＨ后，碱激发反应产物化学结合水量在０．５～４．０ｈ时间段变化幅度较小，而在４．０～６．０ｈ时间段化学结合水量增加较快，可见掺加ＢＣＨ后碱激发反应主要发生在４．０～６．０ｈ时间段．这也表明，５．０％ＢＣＨ的掺入能有效延缓地聚合物碱激发反应的进行．２．５　碱激发反应产物形貌分析将８０℃下碱激发反应１．０ｈ后的产物浸泡于无水乙醇中，然后观察其外观形貌（见图５），结果发现，掺５．０％ＢＣＨ的碱激发反应产物外观形貌完全不同于未掺ＢＣＨ的碱激发反应产物．未掺ＢＣＨ的碱激发反应产物浆体已固化，具有一定强度，试样破碎后呈块状；而掺５．０％ＢＣＨ的碱激发反应产物浆４２０　建筑材料学报第１５卷　体未凝结，经无水乙醇终止水化时，反应产物仍以微小颗粒沉淀于瓶子底部．可见，ＢＣＨ的掺入能明显延缓碱激发反应的进行．图５　８０℃下碱激发反应１．０ｈ后产物的外观形貌Ｆｉｇ．５　Ｐｒｏｄｕｃｔ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　ａｆｔｅｒ　１．０ｈａｌｋａｌｉａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ａｔ　８０℃图６为８０℃下碱激发反应１．０ｈ后产物的显微形貌．由图６可见，掺入５．０％ＢＣＨ后，碱激发反应产物的显微形貌完全不同于未掺ＢＣＨ的．未掺ＢＣＨ时，碱激发反应速率快，碱激发反应产物浆体在１．０ｈ时固化形成连续致密的硬化体．掺入５．０％ＢＣＨ后，碱激发反应速率大幅降低，在１．０ｈ时碱 图６　８０℃下碱激发反应１．０ｈ后产物的显微形貌Ｆｉｇ．６　ＳＥＭ　ｉｍａｇｅｓ　ａｆｔｅｒ　１．０ｈａｌｋａｌｉ　ａｃｔｉｖａｔｅｄｒｅａｃｔｉｏｎ　ａｔ　８０℃激发反应产物浆体未凝结固化，反应产物仍以颗粒状形式存在，且其表面有絮状黏附物，应为缓凝剂反应后在原料颗粒表面形成的沉淀，这种沉淀暂时阻碍了偏高岭土和矿渣碱激发反应的进行．３　结论（１）缓凝剂ＢＣＨ可有效延缓地聚合物碱激发反应速率．ＢＣＨ掺量为５．０％时，地聚合物浆体在２０℃和８０℃的初凝时间分别比未掺ＢＣＨ的增加了２０．４倍和１３．７倍．（２）ＢＣＨ的掺加有利于地聚合物硬化体抗压强度的发展．当ＢＣＨ掺量为５．０％时，８０℃养护３ｄ和２８ｄ的地聚合物硬化体的抗压强度分别比未掺ＢＣＨ的提高了１２．２８％和５．８０％．（３）当ＢＣＨ掺量为５．０％时，２０，５０℃下碱激发反应放热速率显著降低，放热峰出现时间大幅延迟；５．０％ＢＣＨ对偏高岭土和矿渣的碱激发反应（２０℃）均有明显延缓作用．（４）当ＢＣＨ掺量为５．０％时，碱激发反应主要发生在４．０～６．０ｈ时间段；未掺ＢＣＨ时，碱激发反应主要发生在０．２～１．０ｈ时间段．（５）８０℃反应１．０ｈ时，未掺ＢＣＨ的碱激发反应产物为连续致密的硬化体，而掺５．０％ＢＣＨ的碱激发反应产物浆体未凝结固化，且反应产物颗粒表面有黏附物．参考文献：［１］　ＹＩＰ　Ｃ　Ｋ，ＬＵＫＥＹ　Ｇ　Ｃ，Ｖａｎ－ＤＥＶＥＮＴＥＲ　Ｊ　Ｓ　Ｊ．Ｔｈｅ　ｃｏｅｘｉｓ－ｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　ｇｅｌ　ａｎｄ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ｈｙｄｒａｔｅ　ａｔ　ｔｈｅｅａｒｌｙ　ｓｔａｇｅ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉｎｅ　ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅ－ｓｅａｒｃｈ，２００５，３５（９）：１６８８－１６９７．［２］　ＫＯＮＧ　Ｄ　Ｌ　Ｙ，ＳＡＮＪＡＹＡＮ　Ｊ　Ｇ，ＫＷＥＳＩ　Ｓ　Ｃ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｍａｄｅ　ｗｉｔｈ　ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ　ａｎｄ　ｆｌｙ　ａｓｈａｆｔｅｒ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｔｏ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎ－ｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００７，３７（１２）：１５８３－１５８９．［３］　ＫＯＭＮＩＴＳＡＳ　Ｋ，ＺＡＨＡＲＡＫ　Ｄ　Ｄ．Ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔｉｏｎ：Ａ　ｒｅ－ｖｉｅｗ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｍｉｎｅｒａｌｓ　Ｅｎ－ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，２０（１４）：１２６１－１２７７．［４］　ＤＵＸＳＯＮ　Ｐ，ＦＥＲＮＡＮＤＥＺ－ＪＩＭＥＮＥＺ　Ａ，ＰＲＯＶＩＳ　Ｊ　Ｌ，ｅｔ　ａｌ．Ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｒｔ［Ｊ］．ＪＭａｔｅｒ　Ｓｃｉ，２００７，４２（９）：２９１７－２９３３．［５］　诸华军，姚晓，张祖华．高岭土煅烧活化温度的初选［Ｊ］．建筑材料学报，２００８，１１（５）：６２１－６２５．ＺＨＵ　Ｈｕａ－ｊｕｎ，ＹＡＯ　Ｘｉａｏ，ＺＨＡＮＧ　Ｚｕ－ｈｕａ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｃａｌｃｉｎｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｋａｏｌｉｎ　ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００８，１１（５）：６２１－６２５．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［６］　Ｖａｎ－ＪＡＡＲＳＶＥＬＤ　Ｊ　Ｇ　Ｓ，Ｖａｎ－ＤＥＶＥＮＴＥＲ　Ｊ　Ｓ　Ｊ．Ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎ－ｔｉａｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｔｏ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅ　ｔｏｘｉｃ　ｍｅｔａｌｓ　第３期诸华军，等：偏高岭土矿渣基地聚合物缓凝剂的性能研究４２１（ＰａｒｔⅠ）：Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｍｉｎｅｒａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９７，１０（７）：６５９－６６９．［７］　ＳＨＩ　Ｃ　Ｊ，ＫＲＩＶＥＮＫＯ　Ｐ　Ｖ，ＲＯＹ　Ｄ．碱激发水泥和混凝土［Ｍ］．史才军，郑克仁译．北京：化学工业出版社，２００８：６３－６４．ＳＨＩ　Ｃ　Ｊ，ＫＲＩＶＥＮＫＯ　Ｐ　Ｖ，ＲＯＹ　Ｄ．Ａｌｋａｌｉ－ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｃｅｍｅｎｔｓａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅｓ［Ｍ］．Ｔｒａｎｓｌａｔｅｄ　ｂｙ　ＳＨＩ　Ｃａｉ－ｊｕｎ，ＺＨＥＮＧ　Ｋｅ－ｒｅｎ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，２００８：６３－６４．（ｉｎ　Ｃｈｉ－ｎｅｓｅ）［８］　郑娟荣，覃维祖，张涛．碱偏高岭土胶凝材料的凝结硬化性能研究［Ｊ］．湖南大学学报：自然科学版，２００４，３１（４）：６０－６３．ＺＨＥＮＧ　Ｊｕｎ－ｌｏｎｇ，ＱＩＮ　Ｗｅｉ－ｚｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｔａｏ．Ｔｈｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ａｎｄｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ－ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ　ｃｅ－ｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ　ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，２００４，３１（４）：６０－６３．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［９］　ＹＡＯ　Ｘ，ＺＨＡＮＧ　Ｚ　Ｈ，ＺＨＵ　Ｈ　Ｊ，ｅｔ　ａｌ．Ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ａｌｋａｌｉ－ｍｅｔａｋａｏｌｉｎｉｔｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，２００９，４９３（１－２）：４９－５４．［１０］　焦宝祥．水玻璃矿渣水泥的缓凝剂研究［Ｊ］．化学建材，２００２（１１）：１２－１５．ＪＩＡＯ　Ｂａｏ－ｘｉａｎｇ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｒｅｔａｒｄｅｒ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｇｌａｓｓ－ｓｌａｇ　ｃｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００２（１１）：１２－１５．（ｉｎ　Ｃｈｉ－ｎｅｓｅ）［１１］　毕文彦，管学茂，邢锋，等．水泥矿物水化率的测定与特性分析［Ｊ］．河南理工大学学报：自然科学版，２００８，２７（５）：５８６－５９２．ＢＩ　Ｗｅｎ－ｙａｎ，ＧＵＡＮ　Ｘｕｅ－ｍａｏ，ＸＩＮＧ　Ｆｅｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅ　ｍｅａｓ－ｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｈｙｄｒａ－ｔｉｏｎ　ｒａｔｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕ－ｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，２７（５）：５８６－５９２．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿）（上接第４０９页）流平砂浆３０ｍｉｎ流动度损失小于３ｍｍ，抗折强度、抗压强度、拉伸黏结强度均超过ＪＣ／Ｔ　１０２３—２００７标准要求，体积稳定性好，值得推广．参考文献：［１］　周啸尘，唐海燕．地面自流平材料研究及应用［Ｊ］．科技创新导报，２０１０（２５）：８１－８２．ＺＨＯＵ　Ｘｉａｏ－ｃｈｅｎ，ＴＡＮＧ　Ｈａｉ－ｙａｎ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｆ　ｆｌｏｏｒ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａ－ｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ，２０１０（２５）：８１－８２．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［２］　黎力，吴芳．自流平材料的应用发展综述［Ｊ］．新型建筑材料，２００６（４）：７－１１．ＬＩ　Ｌｉ，ＷＵ　Ｆａｎｇ．Ａ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ　ｓｅｌｆ－ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．Ｎｅｗ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００６（４）：７－１１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［３］　梅宽杰，李东旭．水泥基、石膏基自流平砂浆的研究及应用［Ｃ］／／第三届全国商品砂浆学术交流会论文集．武汉：［出版者不详］，２００９：２５４－２６１．ＭＥＩ　Ｋｕａｎ－ｊｉｅ，ＬＩ　Ｄｏｎｇ－ｘｕ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ－ｂａｓｅｄ　ａｎｄ　ｇｙｐｓｕｍ－ｂａｓｅｄ　ｓｅｌｆ－ｌｅｖｅｌｉｎｇ　ｍｏｒｔａｒ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　３ｒｄ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｒｅ－ｍｉｘｅｄ　Ｍｏｒｔａｒ．Ｗｕｈａｎ：［ｓ．ｎ．］，２００９：２５４－２６１．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）。

碱激发地质聚合物的研究进展指导老师：学生姓名：专业班级：材料工程801摘要碱激发胶凝材料是近年来发展的新型胶凝材料．许多固体废弃物均可作为它的原料．这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。

本文主要介绍了碱激发胶凝材料的制备、应用及研究现状。

从国内、国外两方面了介绍了碱激发胶凝材料的发展现状及理论科研成果。

阐述了碱激发地质聚合物胶凝材料的优点，同时指出在该领域中存在的问题以及对未来的展望。

关键词：碱激发，地质聚合物，胶凝材料Research progress on Alkali stimulategeological polymerName: Longtao chenInstructor : Xiping leiAbstractAlkali stimulate cementitious material is the recent development of new cementious material. Many solid waste could be used as its raw material. It will to make full use of industrial solid wastes opened up a new way. This article mainly introduced the alkali stimulate cementitious material preparation, application and research actuality. Both from domestic and overseas are introduced alkali stimulate cementitious material development present situation and the theory of scientific research. Expounds the alkali stimulate geological polymer cementitious material advantages, in this field is also pointed out the existing problems and outlook for the future.Keywords: alkali inspired, geological polymer, gelled material目录1.碱激发地质聚合物 (5)1.1 碱激发地质聚合物胶凝材料的由来 (5)1.2 碱激发地质聚合物的特点 (6)2.减激发地质聚合物的研究发展现状 (7)2.1 国外研究发展现状 (7)2.2国内研究发展现状 (8)2.3碱激发胶凝材料的理论研究成果 (8)2.4碱激发水泥存在的问题和研究中的不足之处 (10)2.4.1.碱矿渣水泥的快凝问题 (10)2.4.2.碱骨料反应问题重视不足 (10)2.4.3.表面泛霜 (10)2.4.4.收缩问题 (10)2.4.5碱矿渣水泥的强度波动问题 (11)3.碱激发胶凝材料的制备 (11)3.1.碱激发剂 (11)3.2.碱激发剂的催化原理 (11)3.3. 制备的理论基础 (14)3.4. 制备考虑的因素 (15)4. 碱激发胶凝材料的应用 (15)5.展望 (17)参考文献 (19)致谢 (21)1.碱激发地质聚合物1.1 碱激发地质聚合物胶凝材料由来碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一类新型无机非金属材料，是由铝硅酸盐胶凝成分固结的化学键合的一种新型胶凝材料[1]。

偏高岭土-矿渣基地聚合物缓凝剂的性能研究诸华军;姚晓;张祖华;王道正;何玉鑫【摘要】A retarder BCH developed from independent research was usedto adjust the setting time of metakaolin-slag geopolymer paste, Analysis of reaction heat, measurement of chemically combined water content and micro-morphology analysis were used to verify the retarding effect of BCH. Results show that BCH can be used to effectively decrease the reaction rate of geopolymer paste and improve the eompressive strength of solidified products. BCH has the best retarding efficiency with addition of 5. 0%(by mass). At 20 ℃ and 80 ℃ the initial setting time is prolonged by 20.4 and 13. 7 times that without the retarder respectively. At 80 ℃ the eompressive strength at 3 d and 28 d is improved by 12. 28% and 5. 80% respec tively. Alkali activated reaction at 20 ℃ and 50 ℃ has late and lower exothermal peak than that without BCH. Alkali activated reaction at 80 ℃ takes place during the period of 4. 0~6. 0 h and is later than that without BCH( for 0. 2~1. 0 h). When reacted a t 80 ℃for 1. 0 h, the paste does not set, the product is covered with a layer of slurry, whereas the product of alkali activated reaction without BCH is compact solid.%以自主研发的缓凝剂BCH对偏高岭土-矿渣基地聚合物浆体凝结时间进行调节；利用反应热分析、化学结合水量测定和微观形貌观察等方法对BCH的缓凝效果进行验证.结果表明:缓凝剂BCH能有效延缓地聚合物浆体的反应速率,且对其硬化体抗压强度有一定增强作用.当BCH掺量为5.0％(质量分数)时,缓凝效果最佳,地聚合物浆体20℃和80℃的初凝时间分别比未掺BCH的增加了20.4倍和13.7倍；80℃养护3d和28 d的地聚合物硬化体抗压强度分别比未掺BCH的提高了12.28％和5.80％；在20℃和50℃下碱激发反应放热峰出现时间较未掺BCH的明显延迟,放热峰强度显著降低；80℃时碱激发反应主要发生在4.0～6.0 h时间段,较未掺BCH的反应时间段(0.2～1.0 h)滞后；80℃碱激发反应1.0h后,反应产物浆体不凝结,产物颗粒表面覆盖黏附物,而未掺BCH的碱激发反应产物为连续致密的硬化体.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2012(015)003【总页数】6页(P416-421)【关键词】地聚合物;凝结时间;缓凝剂;反应热【作者】诸华军;姚晓;张祖华;王道正;何玉鑫【作者单位】盐城工学院材料工程学院,江苏盐城224051;南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009;南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009;常州市建筑科学研究院有限公司,江苏常州213015;南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009【正文语种】中文【中图分类】TQ177.1地聚合物是一种不同于硅酸盐水泥的新型碱激发胶凝材料，主要由低聚态—Si—O—，—Al—O—分子基团缩聚形成，其终产物以共价键和离子键为主.因此，地聚合物的力学性能、耐久性能优异，引起了世界各国材料研究者的重视，是近年来国际上研究非常活跃的材料之一[1－6].在碱激发条件下，偏高岭土和矿渣可反应形成偏高岭土矿渣基地聚合物（以下简称为地聚合物）.由于偏高岭土和矿渣均属于高活性无机硅铝酸盐，碱激发条件下凝结、硬化快，特别是高温条件下碱激发反应速率更是难以控制[7]，从而使得地聚合物的推广应用受到限制，如其无法应用于高温地区路面浇注、核废料处理等工程作业中.国内外许多研究人员对偏高岭土、矿渣的碱激发反应速率及其影响因素进行了研究，如史才军等[7]对工业废渣粉的碱激发反应特性进行了分析，认为温度对工业废渣粉碱激发反应速率的影响显著，高温下浆体凝结速率快；郑娟荣等[8]对碱偏高岭土胶凝材料凝结硬化性能的影响因素进行了研究，并指出80℃条件下，低模数（0.5～1.0）水玻璃与偏高岭土形成的胶凝材料在拌和时发生闪凝.Yao等[9]测试了20℃和50℃时偏高岭土的水化热，结果表明，反应温度提高，偏高岭土反应放热速率和放热强度明显提高.上述研究表明，反应温度提高，偏高岭土、矿渣的碱激发反应速率明显加快，高温条件下的反应速率更是难以控制.然而，针对该类胶凝材料高温下凝结速率快的问题，前期研究均未提出有效解决方法.例如，焦宝祥等[10]对常温下水玻璃矿渣胶凝材料的缓凝问题进行了研究，指出消石灰对水玻璃矿渣水泥具有良好的缓凝作用，但未涉及高温条件下的调凝问题.另外，目前关于地聚合物凝结速率方面的研究很少，在高温条件下对地聚合物凝结速率控制的研究还未见报道.本试验前期也使用了多种水泥类缓凝剂以期对地聚合物凝结时间进行控制，如石膏、酒石酸及木钙类、高分子类缓凝剂等，但均无效果.为此，笔者自主研发了缓凝剂BCH，并通过BCH对地聚合物浆体的凝结时间进行调节，同时利用反应热分析、化学结合水量测定和微观形貌观察等方法对BCH的缓凝效果进行验证，以求有效解决地聚合物高温下凝结速率快的技术难题，为地聚合物的广泛应用提供新技术支持.1 试验1.1 原材料偏高岭土产自江苏苏州，比表面积为750m2／kg；矿渣产自江苏南京，比表面积为410m2／kg，2种原材料的化学组成分析结果见表1.碱激发材料为液体硅酸钠（模数为3.2，密度为1.69g／cm3），用NaOH调节其模数至2.0，加水稀释后备用.缓凝剂BCH为试验室自制，白色粉末，主要由适当比例的有机二元酸和碱金属盐反应后，生成产物经干燥粉磨而制得.表1 偏高岭土和矿渣的主要化学组成Table1 Main chemical components（by mass）of metakaolin and slag%Raw material Al2O3SiO2CaO K2O Na2O Fe2O3MgO Metakaolin 44.03 52.20 0.31 0.69 0.15 0.65 0.27 Slag 19.84 36.86 31.75 0.53 0.37 0.80 8.531.2 试验方法地聚合物浆体制备时，经试验优选，确定偏高岭土与矿渣质量比为60︰40，浆体液固比为0.89mL／g.地聚合物浆体凝结时间、地聚合物硬化体抗压强度的测试按照GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》标准进行，其中凝结时间测试样的养护温度分别为20℃和80℃，抗压强度测试样的养护温度为80℃；进行反应热分析时，将配制好的地聚合物浆体置于预热（20，50℃）稳定的STA449C型同步综合热分析仪中（仪器最高试验温度为50℃），然后记录碱激发反应放热速率的变化；SEM分析时，取养护至规定龄期的反应产物，经烘干、喷金后，用JSM－5900型扫描电子显微镜观察其微观形貌.2 结果与讨论2.1 BCH掺量对地聚合物浆体凝结时间的影响BCH掺量（以占偏高岭土和矿渣的总质量分数计）对地聚合物浆体凝结时间的影响见图1.由图1可见：（1）在20，80℃条件下，随着BCH掺量的增大，地聚合物浆体凝结时间均呈现出先增大而后减小的趋势，其中BCH掺量为5.0%时，缓凝效果最佳，地聚合物浆体的初凝时间和终凝时间均最长.（2）在20℃条件下，未掺BCH地聚合物浆体的初凝时间和终凝时间分别为76min和356min.随着BCH掺量增大至5.0%，浆体初凝时间缓慢增长，终凝时间增长速率明显高于初凝时间.当BCH掺量为5.0%时，浆体初凝时间为1 625min，终凝时间达到5230min，分别比未掺BCH地聚合物浆体增加了20.4倍和13.7倍.（3）80℃条件下，地聚合物反应速率显著加快，未掺BCH地聚合物浆体的初凝时间和终凝时间分别为18min和26min.随着BCH掺量增大至5.0%，浆体初凝时间和终凝时间均明显延长；BCH掺量为5.0%时，浆体初凝时间为329min，终凝时间为342min，分别比未掺BCH地聚合物浆体增加了17.3倍和12.2倍.由此可见，缓凝剂BCH的加入能有效减缓地聚合物的凝结固化速率.图1 BCH掺量对地聚合物浆体凝结时间的影响Fig.1 Effect of BCH addition on setting time of geopolymer paste2.2 BCH掺量对地聚合物硬化体抗压强度的影响缓凝剂BCH能有效延缓地聚合物浆体的凝结固化速率.养护温度为20℃，BCH掺量为5.0%时，地聚合物浆体养护3d仍未完全硬化，因此，试验选择考察80℃条件下，不同BCH掺量对地聚合物硬化体抗压强度的影响，结果见表2.表2 BCH掺量对地聚合物硬化体抗压强度（80℃）的影响Table2 Effect of BCH addition on compressive strength（80℃）of solidified geopolymerBCH addition（by mass）／%Compressive strength／MPa 3d 7d 28d 0 33.4 35.8 36.2 1.0 35.2 36.7 38.1 3.0 38.4 38.2 39.0 5.0 37.5 37.6 38.3 8.0 28.9 32.3 32.8由表2可见：当BCH掺量≤5.0%时，各龄期地聚合物硬化体的抗压强度均大于未掺BCH地聚合物硬化体.当BCH掺量为5.0%时，80℃养护3d和28d的地聚合物硬化体抗压强度分别比未掺BCH的提高了12.28%和5.80%.这主要是由于高温（80℃）下未掺BCH时，碱激发反应速率太快，偏高岭土和矿渣未能完全反应.加入BCH后，碱激发反应速率减缓，偏高岭土和矿渣反应较完全，从而使地聚合物硬化体抗压强度增加.由表2还可见：过量（8.0%）BCH的加入使地聚合物硬化体的抗压强度降低.综合考虑BCH对地聚合物浆体的调凝效果和对地聚合物硬化体抗压强度的影响，BCH的适宜掺量为5.0%.2.3 BCH掺量对碱激发反应过程的影响碱激发反应过程是一个复杂的物理化学反应过程，偏高岭土、矿渣和碱溶液、水接触后放出吸附溶解热，同时碱激发过程也放出大量化学反应热.通过对碱激发反应放热速率的测试可对碱激发反应过程进行考察和分析.图2是不同BCH掺量下碱激发反应放热速率图.图2 不同BCH掺量下碱激发反应放热速率图Fig.2 Heat evolution of alkali activated reaction at different BCH addition由图2可见，BCH的掺入对碱激发反应放热有较大影响.20℃条件下，未加入缓凝剂时，第1个放热峰出现时间较早（2.0h），放热速率大（4.87mW／g），放热时间短；第2个放热峰出现在12.0h，放热速率为2.18mW／g，放热时间较短，至25.0h后，放热速率较低.BCH的加入降低了碱激发反应过程放热速率.当BCH 掺量为2.0%时，最大放热峰在6.7h出现，放热速率为2.94mW／g.由于BCH掺量少，偏高岭土、矿渣和碱溶液接触后的溶解热降低，加上碱激发反应放热，2个放热峰发生叠加.当BCH掺量为5.0%时，放热速率明显减小、放热峰强度降低.而BCH掺量为8.0%时，在1.8h左右有1个放热峰出现，峰型较小，可能为缓凝剂与体系中其他离子发生化学反应所致，该反应的发生也促进了地聚合物浆体的凝结硬化.反应温度为50℃时，放热速率明显提高.未掺缓凝剂时，最高放热峰出现在1.4h，放热速率为5.26mW／g，未出现明显的第2个放热峰（这是因反应温度提高导致放热速率加快，单位时间内放热量增大，引起放热峰叠加所致）.掺加BCH后，放热速率降低.当BCH掺量为2.0%时，在4.3h出现1个较大的放热峰，放热速率为3.78mW／g.BCH掺量增大至5.0%和8.0%时，放热速率明显减缓，放热峰分别出现在11.3h和9.8h左右，与未掺BCH碱激发反应相比，放热峰出现时间推迟，放热峰强度降低，放热时间延长.图3为20℃下BCH掺量对偏高岭土、矿渣碱激发反应放热速率的影响.由图3可见，偏高岭土和矿渣中加入5.0%BCH后，放热峰出现时间延迟，矿渣碱激发反应最强放热峰由1.0h（5.39mW／g）延迟至9.0h（3.74mW／g），偏高岭土碱激发反应最强放热峰由11.4h（2.56mW／g）延后至20.7h（2.05mW／g）.可见，缓凝剂BCH 对偏高岭土、矿渣的碱激发过程均有明显延缓作用.图3 BCH掺量对偏高岭土、矿渣碱激发反应放热速率的影响Fig.3 Effect of BCH addition on heat evolution in alkali activated reaction of metakaolin or slag 2.4 BCH对碱激发反应产物化学结合水量的影响化学结合水量测定是研究胶凝材料水化过程普遍使用的方法之一，化学结合水量随水化物量的增加而增大，即随水化程度的提高而增加[11].地聚合物属于碱激发胶凝材料，反应过程中伴随大量水化反应的进行.图4为80℃条件下，BCH对碱激发反应产物化学结合水量（质量分数）的影响.图4 BCH对碱激发反应产物化学结合水量的影响Fig.4 Effect of BCH on the content（by mass）of chemically combined water in alkali activated reaction product由图4可见，掺入5.0%BCH对碱激发反应后期产物的化学结合水量影响较小（反应12.0h时，未掺BCH的化学结合水量为7.35%，掺BCH的化学结合水量为7.66%），但对碱激发反应前期产物的化学结合水量影响较大.未掺BCH时，碱激发反应产物化学结合水量在0.2～1.0h内急剧提高，反应2.0h后，化学结合水量变化较小，可见碱激发反应主要发生在0.2～1.0h时间段.掺加5.0%BCH后，碱激发反应产物化学结合水量在0.5～4.0h时间段变化幅度较小，而在4.0～6.0h时间段化学结合水量增加较快，可见掺加BCH后碱激发反应主要发生在4.0～6.0h时间段.这也表明，5.0%BCH的掺入能有效延缓地聚合物碱激发反应的进行.2.5 碱激发反应产物形貌分析将80℃下碱激发反应1.0h后的产物浸泡于无水乙醇中，然后观察其外观形貌（见图5），结果发现，掺5.0%BCH的碱激发反应产物外观形貌完全不同于未掺BCH的碱激发反应产物.未掺BCH的碱激发反应产物浆体已固化，具有一定强度，试样破碎后呈块状；而掺5.0%BCH的碱激发反应产物浆体未凝结，经无水乙醇终止水化时，反应产物仍以微小颗粒沉淀于瓶子底部.可见，BCH的掺入能明显延缓碱激发反应的进行.图5 80℃下碱激发反应1.0h后产物的外观形貌Fig.5 Product appearance after 1.0halkali activated reaction at 80 ℃图6为80℃下碱激发反应1.0h后产物的显微形貌.由图6可见，掺入5.0%BCH 后，碱激发反应产物的显微形貌完全不同于未掺BCH的.未掺BCH时，碱激发反应速率快，碱激发反应产物浆体在1.0h时固化形成连续致密的硬化体.掺入5.0%BCH后，碱激发反应速率大幅降低，在1.0h时碱激发反应产物浆体未凝结固化，反应产物仍以颗粒状形式存在，且其表面有絮状黏附物，应为缓凝剂反应后在原料颗粒表面形成的沉淀，这种沉淀暂时阻碍了偏高岭土和矿渣碱激发反应的进行.图6 80℃下碱激发反应1.0h后产物的显微形貌Fig.6 SEM images after1.0halkali activated reaction at 80 ℃3 结论（1）缓凝剂BCH可有效延缓地聚合物碱激发反应速率.BCH掺量为5.0%时，地聚合物浆体在20℃和80℃的初凝时间分别比未掺BCH的增加了20.4倍和13.7倍.（2）BCH的掺加有利于地聚合物硬化体抗压强度的发展.当BCH掺量为5.0%时，80℃养护3d和28d的地聚合物硬化体的抗压强度分别比未掺BCH的提高了12.28%和5.80%.（3）当BCH 掺量为5.0%时，20，50℃下碱激发反应放热速率显著降低，放热峰出现时间大幅延迟；5.0%BCH对偏高岭土和矿渣的碱激发反应（20℃）均有明显延缓作用.（4）当BCH掺量为5.0%时，碱激发反应主要发生在4.0～6.0h时间段；未掺BCH时，碱激发反应主要发生在0.2～1.0h时间段.（5）80℃反应1.0h时，未掺BCH的碱激发反应产物为连续致密的硬化体，而掺5.0%BCH的碱激发反应产物浆体未凝结固化，且反应产物颗粒表面有黏附物.参考文献：[1]YIP C K，LUKEY G C，Van－DEVENTER J S J.The coexistence of geopolymeric gel and calcium silicate hydrate at the early stage of alkaline activation[J].Cement and Concrete Research，2005，35（9）：1688－1697.[2]KONG D L Y，SANJAYAN J G，KWESI S parative performance of geopolymers made with metakaolin and fly ash after exposure to elevated temperatures[J].Cement and Concrete Research，2007，37（12）：1583－1589.[3]KOMNITSAS K，ZAHARAK D D.Geopolymerisation：A review and prospects for the minerals industry[J].Minerals Engineering，2007，20（14）：1261－1277.[4]DUXSON P，FERNANDEZ－JIMENEZ A，PROVIS J L，et al.Geopolymertechnology：The current state of the art[J].J Mater Sci，2007，42（9）：2917－2933.[5]诸华军，姚晓，张祖华.高岭土煅烧活化温度的初选[J].建筑材料学报，2008，11（5）：621－625.ZHU Hua－jun，YAO Xiao，ZHANG Zu－hua.Optimization of calcined temperature for kaolin activation[J].Journal of Building Materials，2008，11（5）：621－625.（in Chinese）[6]Van－JAARSVELD J G S，Van－DEVENTER J S J.The potential use of geopolymeric materials to immobilize toxic metals（PartⅠ）：Theory and applications[J].Minerals Engineering，1997，10（7）：659－669.[7]SHI C J，KRIVENKO P V，ROY D.碱激发水泥和混凝土[M].史才军，郑克仁译.北京：化学工业出版社，2008：63－64.SHI C J，KRIVENKO P V，ROYD.Alkali－activated cements and concretes[M].Translated by SHI Cai－jun，ZHENG Keren.Beijing：Chemical Industry Press，2008：63－64.（in Chinese）[8]郑娟荣，覃维祖，张涛.碱偏高岭土胶凝材料的凝结硬化性能研究[J].湖南大学学报：自然科学版，2004，31（4）：60－63.ZHENG Jun－long，QIN Wei－zu，ZHANG Tao.The setting and hardening characteristics of alkali－activated metakaolin cementitious material[J].Journal of Hunan University：Natural Sciences，2004，31（4）：60－63.（in Chinese）[9]YAO X，ZHANG Z H，ZHU H J，et al.Geopolymerization process of alkali－metakaolinite characterized by isothermalcalorimetry[J].Thermochimica Acta，2009，493（1－2）：49－54.[10]焦宝祥.水玻璃矿渣水泥的缓凝剂研究[J].化学建材，2002（11）：12－15.JIAO Bao－xiang.Study on retarder of water glass－slagcement[J].Chemical Building Materials，2002（11）：12－15.（in Chinese）[11]毕文彦，管学茂，邢锋，等.水泥矿物水化率的测定与特性分析[J].河南理工大学学报：自然科学版，2008，27（5）：586－592.BI Wen－yan，GUAN Xue－mao，XING Feng，et al.The measurement and characteristic analyses of cement mineral hydration rates[J].Journal of Henan Polytechnic University：Natural Science，2008，27（5）：586－592.（in Chinese）。

第37卷第6期 娃酸盐通报Vol.37 No.6 2018 年 6 月________________BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY_____________________June,2018碱激发剂浓度及模数对碱矿渣胶凝材料抗压性能及水化产物的影响研究马倩敏，黄丽萍，牛治亮，郭荣鑫，颜峰，林志伟，杜海云(昆明理工大学建筑工程学院，先进材料力学行为与微结构设计云南省高校重点实验室，云南省土木工程防灾重点实验室，昆明650500)摘要:采用水玻璃（复掺氢氧化钠调整模数)激发粒化高炉矿渣活性制备碱矿渣净浆试样。

采用抗压强度测试、X-射线衍射(XRD)、综合热分析(TG-DSC)等技术手段研究了激发剂碱浓度(4%、6%、8% )及模数(0.75、1.00、1.50、2.00)对碱矿渣胶凝材料抗压性能及水化产物的影响。

研究结果表明:激发剂模数较低时(0.75和1.00)，碱矿渣胶凝材料抗压强度随着碱浓度的增加而呈下降趋势;激发剂模数较高时（1.50和2. 00)，试件强度在碱浓度为6% 时达到最大值。

在相同碱浓度下，激发剂模数为1.50时试件抗压强度值最大。

碱矿渣胶凝材料主要水化产物为 C-S-H凝胶，同时伴有C-A-S-H凝胶生成。

另外观测到少量斜方钙沸石（CaAl2Si208^I^O)的生成。

在部分配合 比中还观测到水滑石（1^6缽（011)160)3_41120)的存在。

碱浓度较高的碱矿渣胶凝材料中生成了较多的（^-11 水化产物。

激发剂模数较高时（1.50和2.00)，更有利于碱矿渣中C-S-H水化产物的生成。

碱浓度/模数较低时，C—S-H产物结晶度有所提高。

相较于C-S-H凝胶结晶度，其生成量对碱矿渣胶凝材料抗压强度的影响更为显著。

关键词:碱矿渣胶凝材料；碱浓度；模数；抗压强度；水化产物中图分类号:TU528.04 文献标识码:A 文章编号:1001 -1625 (2018) 06-2002-06 Effect of Alkali Concentration and Modulus of Alkaline Activator on the Compressive Properties and Hydration Products of AlkaliActivated Slag Cementitious MaterialsMA Qian-min y HUANG Li-ping ,NIU Zhi-liang ,GU0 Rong-xin ,YAN Feng,LIN Zhi-wei ,DU Hai-yun(Key Laboratory of Yunnan Province for Disaster Reduction in Civil Engineering,Key Lab of Yunnan Higher Education Institutes for Mechanical Behavior and Microstructure Design of Advanced Materials,Faculty of Civil Engineering and Mechanics,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China)Abstract：Granulated blast furnace slag was activated by using water glass (sodium hydroxide was added in to adjust modulus) to prepare alkali activated slag paste specimens. Effect of alkali concentrations of 4% , 6%and 8% and moduli of 0. 75, 1. 00, 1. 50 and 2. 00 of the activator on the compressive properties and hydration products of alkali activated slag was studied by using compressive strength test, X-ray diffraction (XRD) and thermal analysis (TG-DSC) techniques. The results show that when a lower modulus was used, such as 0.75 and 1.00, compressive strength of alkali activated slag decreased with the increase of alkali concentration. While when the modulus used was higher, such as 1. 50 and 2. 00, the specimens could obtain the maximum compressive strength when alkali concentration was 6%. Under same alkali concentration, modulus of 1. 50 could make the specimens get the maximum compressive strength. The main hydration products of alkali activated slag was C-S-H gels, certain amount of C-A-S-H gels was also formed simultaneously. Besides, small amount of gismondine (CaAl2Si208• 4H20) wasalso detected in the system. Hydrotalcite ( Mg6Al2 ( OH) 6C03• 4H20) was found in some of the mixes.Larger amount of C-S-H gels was formed in the alkali activated slag system with higher alkali基金项目：国家自然科学基金（51502121,11562010);昆明理工大学引进人才基金（KKSY201406112);昆明理工大学分析测试基金(2017M20162210057)作者简介:马倩敏(1985-)，女，博士，讲师.主要从事碱激发胶凝材料、混凝土耐久性相关研究工作.通讯作者:牛治亮，讲师.第6期马倩敏等:碱激发剂浓度及模数对碱矿渣胶凝材料抗压性能及水化产物的影响研究2003concentration. Use of higher modulus, such as 1.50 and 2. 00, was beneficial for the formation of C-S-H gels in the system. When a lower alkali concentration/modulus was used, the C-S-H gels in alkali activated slag was more crystalline. Compared to the degree of crystallinity, amount of C-S-H gels was more influenced on the compressive strength of such system.Key words ： alkali activated slag cementitious material ； alkali concentration ； modulus ； compressive strength ； hydration product 1引言硅酸盐水泥生产过程能耗高，消耗不可再生资源且排放大量引起温室效应的气体（主要以（：02为 主）[1]。

第59卷第2期2021年3月上海涂料SHANGHAI COATINGSVol.59No.2Mar.2021碱激发胶凝材料的研究进展姜乐乐，姜福香（青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033）摘要：碱激发胶凝材料是一种绿色环保的新型建筑材料，对于构建资源节约型和环境保护型社会具有重要意义。

从碱激发胶凝材料的制备、反应机理、耐久性等方面对其国内外研究成果进行综述,并提出存在的问题和未来的发展方向，旨在为碱激发胶凝材料应用于工程实际提供数据和理论支持。

关键词：新型建筑材料；碱激发胶凝材料；反应机理；耐久性能中图分类号：TU366.3文献标志码：A文章编号：1009-1696（2021）-0042-06水泥作为传统的建筑材料推动了建筑行业的快速发展，但在水泥的生产过程中既消耗了大量的资源和能源，又排放出大量的温室气体，这对于建筑行业的可持续发展非常不利。

我国是世界上最大的水泥生产国，也是最大的水泥消耗国，因此，积极寻找一种环境友好、资源节约的新型建筑材料具有重要意义。

碱激发胶凝材料是利用具有火山灰活性或者潜在火山灰活性的硅铝质材料与碱性激发剂反应而生成的一种胶凝材料。

常用的硅铝质材料主要有矿渣、粉煤灰、偏高岭土、炉渣、石灰石等，碱性激发剂主要有KOH、NaOH、水玻璃、NazCOs等。

碱激发胶凝材料的制备工艺简单，早期强度和最终强度都比较高。

同时碱激发胶凝材料的制备增加了废物的利用,符合可持续发展的战略要求，因此受到各国学者的广泛关注。

总结了碱激发胶凝材料的制备、反应机理、耐久性能等方面的主要研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望。

1碱激发胶凝材料的发展及其制备1940年，Pardon⑴将少量的氢氧化钠放入水泥浆中，发现水泥的水化反应明显加快，而氢氧化钠在其中扮演了催化剂的作用，使硅铝质材料快速溶解，就此提出了“碱激活”理论；1957~1959年，Glukhovsky教授将硅铝质材料炉渣或者高炉矿渣、碎石等磨细的混合物与碱性激发剂氢氧化钠和水玻璃复合溶液混合，得到了强度高、稳定性能良好的胶凝材料；法国的Davidovits⑵研究了这种胶凝材料的组成成分，发现其中含有大量水化硅酸钙和沸石相。

D0l:10.16767/ki.10-1213/tu.2019.11.010碱激发胶凝材料的研究现状综述孔令炜孙士成吉林建筑大学摘要：碱激发胶凝材料具有多种优良的使用性能，如强度高，能耗低，绿色环保等，符合社会可持续发展的要求，具有广阔的应用前景。

本文着重分析了碱激发胶凝材料的基本化学成分及其作用，并阐述了碱激发胶凝材料的激活方式及其应用现状。

关键词：减激发胶凝材料;化学组成；激发方式；应用1前言碱激发胶凝材料是使用自身具有火山灰活性或者水硬性材料与对应的碱性激活剂进行反应，从而得到的一种具有良好使用性能的胶结材料。

当前各种碱激发胶凝材料种类较多，按制备的原材料分有以下几类:一是铝硅酸盐玻璃体类，主要来源于工业废渣，同时其来源很多;二是碱烧黏土类材料，这种碱激发胶凝材料的原料主要是高岭土;三是碱矿石尾矿类材料,主要原料是钾长石尾矿、铝土矿选尾矿，其特点是含钙比较少,与碱烧黏土类似；四是碱碳酸钙类物质.其中含有大量钙、镁。

碱激发胶凝材料具有很多优点,首先碱激发胶凝材料是一种低成本、低能耗的绿色材料，其次碱激发胶凝材料是一种可以循环使用的材料，因此这种材料在实际应用过程中可以实现三废的零排放,减少对周边自然环境的污染.达到良好的生态效益叫碱激发胶凝材料的这些优点使得其成为建筑材料的主要发展方向.具有广阔的使用前景。

2化学组成对碱激发胶凝材料性能的影响矿渣和粉煤灰是最早用于碱激发胶凝材料制作的原料，此后,相关研究者将各种废渣用于碱激发胶凝材料的生产,并取得显著成果。

根据相关统计，碱激发胶凝材料的主要化学组成是二氧化硅、氧化铝和氧化钙，这三种物质占到总材料的80%以±o现对各氧化物的作用做简要回顾。

2.1氧化钙碱激发胶凝材料在反应过程中，钙对早期强度具有关键性作用。

相关研究人员对矿渣中钙组分的作用进行研究.发现钙组分能有效增加反应结构的无序性，并有效降低原料的聚合程度。

原料中含钙多少会直接影响到反应程度，还会影响到反应过程中的水化产物,在实际操作过程中可以利用梯度酸溶法来区分高钙粉煤灰中的水化产物,如果原料中含钙较多，可以有效促进普通水化产物的产生，这里所说的水化产物,包括聚合物凝胶、类沸石无定形物以及水化硅酸钙凝胶等。

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